2015_2016學(xué)年高中物理19.7_17.8核聚變粒子和宇宙課時(shí)提升訓(xùn)練含解析新人教版選修3_5

1、19.7-17.8核聚變 粒子和宇宙1.(多選)下列關(guān)于聚變的說法中,正確的是()a.要使聚變產(chǎn)生,必須克服庫侖斥力做功b.輕核聚變需要幾百萬度的高溫,因此輕核聚變又叫做熱核反應(yīng)c.原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬度的高溫,所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)d.只有太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng)【解析】選a、b、c。輕核聚變時(shí),要使輕核之間距離達(dá)到10-15m,故必須克服庫侖斥力做功,a正確;要克服核子間作用力做功,必須有足夠大的動(dòng)能,方法就是將其加熱到幾百萬度的高溫,b正確;熱核反應(yīng)必須在幾百萬度的高溫下進(jìn)行,這樣高的溫度可利用原子彈爆炸釋放的能量獲得,c正確;在太陽和許多恒星內(nèi)部都存在熱核反應(yīng),d錯(cuò)誤。2

2、.重核的裂變和輕核的聚變是人類利用核能的兩種主要方法,下面關(guān)于它們的說法中正確的是()a.裂變和聚變過程都有質(zhì)量虧損b.裂變過程有質(zhì)量虧損,聚變過程質(zhì)量有所增加c.裂變過程質(zhì)量有所增加,聚變過程有質(zhì)量虧損d.裂變和聚變過程質(zhì)量都有所增加【解析】選a。重核裂變和輕核聚變都會(huì)放出能量;根據(jù)質(zhì)能互換可知,它們都有質(zhì)量虧損,故a正確,b、c、d錯(cuò)誤。3.(2014·珠江高二檢測)現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)方程:1124na1224mg+-10e 12h+13h24he+01n下列說法正確的是()a.是裂變,是衰變,是聚變b.是聚變,是裂變,是衰變c.是衰變,是裂變,是聚變d.是衰變,是聚變,是裂變【解析

3、】選c。裂變是重核變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核,是;衰變有衰變和衰變,衰變的結(jié)果是釋放氦核,衰變的結(jié)果是從原子中釋放電子,是;聚變是質(zhì)量較小的核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,是。綜上所述c正確。4.(多選)(2013·德州高二檢測)下列關(guān)于夸克模型的說法正確的是()a.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的b.夸克的電荷量分別為元電荷的+23或-13c.每種夸克都有對應(yīng)的反夸克d.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)【解析】選a、b、c。夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn),d錯(cuò)誤,a、b、c正確。5.太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026j,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,太陽每秒鐘

4、減少的質(zhì)量最接近()a.1036kgb.1018kgc.1013kgd.109kg【解析】選d。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程e=mc2,得m=ec2=4×1026(3×108)2kg=4.4×109kg。6.(多選)月球土壤里大量存在著一種叫做“氦3(23he)”的化學(xué)元素,是熱核聚變的重要原料?？茖W(xué)家初步估計(jì)月球上至少有100萬噸氦3,如果相關(guān)技術(shù)研究成功,將為地球帶來取之不盡的能源。關(guān)于氦3與氘核聚變,下列說法中正確的是()a.核反應(yīng)方程為 23he+12h24he+11hb.核反應(yīng)生成物的質(zhì)量將大于參加反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量c.氦3(23he)一個(gè)核子的結(jié)合能大于

5、氦4(24he)一個(gè)核子的結(jié)合能d.氦3(23he)與氘核發(fā)生聚變反應(yīng)將放出能量【解析】選a、d。氦3(23he)與氘核聚變的核反應(yīng)方程符合質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,故a對;聚變是放能反應(yīng),故d對;因?yàn)榫圩兎磻?yīng)放出大量的能量,因此核反應(yīng)生成物的質(zhì)量將小于參加反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量有虧損,故b錯(cuò);因?yàn)檩^小的核合并成較大的核,核子的結(jié)合能都會(huì)增加,故c錯(cuò)。7.(2013·山東高考)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng),當(dāng)溫度達(dá)到108k時(shí),可以發(fā)生“氦燃燒”。(1)完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程:24he+_ 48be+。(2)48be是一種不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為2.6&#

6、215;10-16s。一定質(zhì)量的 48be,經(jīng)7.8×10-16s后所剩 48be占開始時(shí)的_?！窘忸}指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)核反應(yīng)方程與電荷守恒定律;(2)半衰期及剩余質(zhì)量的計(jì)算方法?！窘馕觥?1)根據(jù)核反應(yīng)方程和電荷守恒定律可知,24he+24he48be+。(2)48be的半衰期為2.6×10-16s,經(jīng)過7.8×10-16s后,也就是經(jīng)過3個(gè)半衰期后剩余的質(zhì)量為m=(12)nm=(12)3m,所剩 48be占開始時(shí)的18。答案:(1)24he(2)18或12.5%8.(2014·遼師大附中高二檢測

7、)某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為 11h+612c713n+q1,11h+715n612c+x+q2,方程中q1、q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表:原子核 11h 23he 24he 612c 713n 715n質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1則x是_,q2_(選填“大于”“等于”或“小于”)q1?！窘馕觥繐?jù)核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,有x為 24he;據(jù)e=mc2,m為質(zhì)量虧損,c為光速,經(jīng)過

8、計(jì)算m1=0.002 1u,m2=0.005 3u,則可以知道q2>q1。答案: 大于9.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mh=1.007 3 u,中子質(zhì)量mn=1.008 7 u,氚核質(zhì)量m=3.018 0 u。(1)寫出聚變方程;(2)釋放出的核能多大?(3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多少?【解析】(1)聚變方程為 11h+201n13h(2)質(zhì)量虧損m=mh+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.006 7 u釋放的核能e=mc2=0.006 7×931.5 mev6.24 mev。(3)平均每個(gè)核子放出

9、的能量為6.243mev=2.08 mev。答案:(1)11h+201n13h(2)6.24 mev(3)2.08 mev1.(多選)據(jù)新華社報(bào)道,由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是()a.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是 12h+13h24he+01nb.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是+01n+3692kr+301nc.“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是e=mc2d.“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是e=12mc2【解析】選a、c。“人造太陽”發(fā)生的是氫核聚變,所以核反應(yīng)方程式為 12h

10、+13h24he+01n,而b選項(xiàng)中的核反應(yīng)是核裂變,故a正確,b錯(cuò)誤;“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是e=mc2,而核能大小的計(jì)算公式為e=mc2,故選項(xiàng)c正確,d錯(cuò)誤。2.(多選)我國自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置“超導(dǎo)托卡馬克”。設(shè)可控?zé)岷朔磻?yīng)前氘核的質(zhì)量為m1,氚核的質(zhì)量為m2,反應(yīng)后氦核的質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為m4。已知光速為c。下列說法正確的是()a.這種裝置中發(fā)生的反應(yīng)方程式是 12h+13h24he+01nb.由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1+m2=m3+m4c.核反應(yīng)釋放的能量為(m1+m2-m3-m4)c2d.這種裝置與我國大亞灣核電站所使用的核裝置的核反應(yīng)原理是

11、相同的【解析】選a、c。由核反應(yīng)的反應(yīng)物、生成物及電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知a正確;質(zhì)量數(shù)守恒不是質(zhì)量守恒,這一核聚變反應(yīng)過程要釋放大量的能量,有質(zhì)量虧損,b錯(cuò)誤;由質(zhì)能方程知c正確;大亞灣核電站所使用的核裝置是利用核的裂變反應(yīng)原理,d錯(cuò)。3.k-介子衰變的方程為:k-+0,其中k-介子和-介子帶負(fù)的基本電荷,0介子不帶電。一個(gè)k-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中,其軌跡為圓弧ap,衰變后產(chǎn)生的-介子的軌跡為圓弧pb,兩軌跡在p點(diǎn)相切如圖所示,它們的半徑rk-與r-之比為21,0介子的軌跡未畫出,由此可知-的動(dòng)量大小與0的動(dòng)量大小之比為()a.11b.12c.13d.16【解析】選c。由帶電粒

12、子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律知:軌道半徑r=mvbq=pbqp所以pk-p-=rk-r-=21即p-=12pk-又由動(dòng)量守恒定律pk-=p0-p-得p0=pk-+p-=32pk-所以p-p0=134.兩個(gè)氘核聚變產(chǎn)生一個(gè)中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的質(zhì)量md=2.01360u,氦核的質(zhì)量mhe=3.0150u,中子的質(zhì)量mn=1.0087u。(1)寫出聚變方程并計(jì)算兩個(gè)氘核聚變釋放的核能。(2)若反應(yīng)前兩個(gè)氘核的動(dòng)能均為0.35mev。它們正面對撞發(fā)生聚變,且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,則產(chǎn)生的氦核和中子的動(dòng)能各為多大?【解析】(1)聚變的核反應(yīng)方程:212h23he+01n,核

13、反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為m=2md-(mhe+mn)=0.0035u釋放的核能為e=mc2=0.0035uc2=3.26mev(2)對撞過程動(dòng)量守恒,由于反應(yīng)前兩氘核動(dòng)能相同,其動(dòng)量等值反向,因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的動(dòng)量為0,即0=mhevhe+mnvn,反應(yīng)前后總能量守恒,得12mhevhe2+12mnvn2=e+2ekd。解得ekhe=0.99mev,ekn=2.97mev。答案:(1)212h23he+01n3.26mev(2)0.99mev2.97mev【總結(jié)提升】三種方法求聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損在核聚變反應(yīng)中,釋放出核能,聚變后的總質(zhì)量小于聚變前的總質(zhì)量,即發(fā)生了質(zhì)量的虧損。在計(jì)算質(zhì)量虧損時(shí)往

14、往有以下幾種情況:(1)最簡單的是已知聚變前后各粒子的質(zhì)量,則質(zhì)量虧損=反應(yīng)前總質(zhì)量-反應(yīng)后總質(zhì)量。(2)復(fù)雜一些的是已知聚變反應(yīng)釋放的核能,則可根據(jù)質(zhì)能方程求出聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損。(3)最復(fù)雜的是不告訴聚變釋放的核能而僅告訴聚變前各粒子的速度。這時(shí)我們可以先利用動(dòng)量守恒求出反應(yīng)后粒子的速度,再根據(jù)速度求出聚變反應(yīng)前后的總動(dòng)能,然后用反應(yīng)后總動(dòng)能減去反應(yīng)前總動(dòng)能求出聚變反應(yīng)釋放的核能,最后由質(zhì)能方程求出質(zhì)量虧損。5.有一種聚變反應(yīng)是四個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核,同時(shí)放出兩個(gè)正電子。求:(1)該聚變反應(yīng)釋放多少能量?(2)若1 g氫完全聚變,能釋放多少能量?(3)1 g氫完全聚變,釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能?(已知煤的燃燒值q=3.36×107j/kg,氫核質(zhì)量為1.008 142 u,氦核質(zhì)量為4.001 509 u,電子的質(zhì)量為0.000 549 u)【解析】(1)核反應(yīng)方程為:411h24he+210e,所以m=4mh-mhe-2me=4×1.008 142 u-4.001 509 u-2×0.000 549 u=0.029 961 ue=mc2=0.029 961uc2=0.029 961×931