學(xué)年高中物理第十九章原子核核聚變粒子和宇宙課后提升作業(yè)新人教版選修

PAGE19.7-19.8核聚變粒子和宇宙課后提升作業(yè)【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練】1.(多選)聚變與裂變相比,下列說法正確的是()A.聚變比裂變產(chǎn)能效率高B.在目前情況下,使原子核聚變要比裂變?nèi)菀證.原子彈的燃料是235UD.氫彈的原理是核的聚變,需由原子彈來引爆【解析】選A、C、D。聚變比裂變的平均結(jié)合能大,故A正確;在目前的條件下,核裂變要比核聚變?nèi)菀缀芏?故B錯(cuò);原子彈利用的核裂變?nèi)剂蠟?35U,氫彈利用的核聚變需原子彈引爆,故C、D正確。2.根據(jù)宇宙大爆炸的理論,在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期,那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()A.夸克、輕子、膠子等粒子 B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子 D.氫核、氘核、氦核等輕核【解析】選A。宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子,之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代,再之后是自由的光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代,再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核,并形成氦核的核時(shí)代,之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子,最后形成恒星和星系,因此A正確,B、C、D的產(chǎn)生都在A之后,故B、C、D錯(cuò)。3.(多選)目前我國已經(jīng)建成秦山和大亞灣核電站并投入使用,請根據(jù)所學(xué)物理知識,判斷下列說法中正確的是()A.核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小B.核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大C.都只利用重核裂變釋放大量的原子能D.既有重核裂變,又有輕核聚變釋放大量的原子能【解析】選A、C。目前核電站都用核裂變,其原料是鈾,且核裂變在核反應(yīng)堆中應(yīng)用是比較清潔的能源,故A、C正確,B、D錯(cuò)。4.為了探究宇宙起源,“阿爾法磁譜儀”(AMS)將在太空中尋找“反物質(zhì)”。所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的。“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量,但電荷的符號相反。由此可知反氫原子是()A.由1個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B.由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成C.由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D.由1個(gè)不帶電的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成【解析】選B。氫原子由一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子組成,根據(jù)“反物質(zhì)”和“反粒子”的概念,可知反氫原子由一個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和一個(gè)帶正電荷的正電子組成,故選項(xiàng)B正確,其他選項(xiàng)錯(cuò)誤。5.太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部高溫高壓條件下的熱核聚變反應(yīng)形成的,其核反應(yīng)方程是()A.HHe+e BNHeOHCUnXeSr+1n DUThHe【解析】選A。熱核聚變反應(yīng)是指輕核結(jié)合為質(zhì)量較重的核的反應(yīng),故A正確;B項(xiàng)中為實(shí)現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的反應(yīng)。C項(xiàng)中為裂變,D項(xiàng)中為衰變,均不屬聚變反應(yīng),故B、C、D不正確。6.(多選)在某些恒星內(nèi),3個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)CC原子的質(zhì)量是12.0000uHe原子的質(zhì)量是4.0026u,已知1u=1.66×10-27kg,則()A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=0.0078uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.29×10-29kgC.反應(yīng)過程中放出的能量是7.266MeVD.反應(yīng)過程中放出的能量是1.16×10-19J【解析】選A、B、C。其反應(yīng)方程是HeC。其質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078u,A項(xiàng)對;Δm=0.0078×1.66×10-27kg=1.29×10-29kg,B項(xiàng)對;ΔE=0.0078×931.5MeV=7.266MeV,C項(xiàng)對;ΔE=7.266×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.熱核反應(yīng)中所用的燃料——氘,在地球上儲量非常豐富,1L海水中大約有0.3g氘,如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng),放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng)。若氘核的質(zhì)量為m1,氦核的質(zhì)量為m2,光速為c,阿伏伽德羅常數(shù)為NA,氘的摩爾質(zhì)量為m0。(1)寫出兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程。(2)質(zhì)量為M的氘參與上述聚變反應(yīng)可釋放出的能量為多少?【解析】(1)核反應(yīng)方程為HHHe。(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm=2m1-m2,ΔE=Δmc2=(2m1-m2)c2,據(jù)題意得,質(zhì)量為M的氘中的氘核數(shù)為n=NA質(zhì)量為M的氘核參與聚變放出的能量為E==。答案:(1HHHe(2)【補(bǔ)償訓(xùn)練】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=1.0073u,中子質(zhì)量mn=1.0087u,氚核質(zhì)量m=3.0180u。(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大?【解析】(1)聚變方程H+nH(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u,釋放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每個(gè)核子放出的能量為MeV=2.08MeV。答案:(1H+nH(2)6.24MeV(3)2.08MeV【能力提升練】1.下面是一核反應(yīng)方程HHHe+X。用c表示光速,則()A.X是質(zhì)子,核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2B.X是中子,核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2C.X是質(zhì)子,核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和,再乘以c2D.X是中子,核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和,再乘以c2【解析】選D。由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律可得X為n(中子),再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積,故D項(xiàng)正確。2.(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HHHenB.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是UnBaKr+nC.“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE=Δmc2D.“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是E=mc2【解析】選A、C?！叭嗽焯枴笔侨瑢?dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,核反應(yīng)是輕核聚變而不是重核裂變,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。核能大小的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變組合成一個(gè)氘核,同時(shí)輻射出一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常數(shù)為h,真空中的光速為c,下列說法正確的是()A.核反應(yīng)方程是HnH+γB.聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3C.輻射出的γ光子能量E=(m3-m1-m2)cD.γ光子的波長λ=【解析】選B。A項(xiàng)中核反應(yīng)方程不滿足質(zhì)量數(shù)守恒,錯(cuò)誤。B項(xiàng)中Δm正好是結(jié)合前核子總質(zhì)量與原子核質(zhì)量之差,由質(zhì)能方程可知輻射出的γ光子的能量為E=(m1+m2-m3)c2,C項(xiàng)錯(cuò)誤。由c=λv及E=hν得,γ光子的波長為λ=,故D錯(cuò)。4.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近幾年來,受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證,目前正在突破關(guān)鍵技術(shù),最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦,并釋放一個(gè)中子。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u,氚原子的質(zhì)量為3.0160u,氦原子的質(zhì)量為4.0026u,中子的質(zhì)量為1.0087u,1u=1.66×10-27kg。(1)寫出氘和氚聚變的反應(yīng)方程。(2)試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來的能量。(3)若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站,假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)化成了電能,求每年要消耗的氘的質(zhì)量。(一年按3.2×