高中物理 第19章 第7、8節(jié)核聚變粒子和宇宙檢測(cè)試題 新人教版選修3-5

"【成才之路】-學(xué)年高中物理第19章第7、8節(jié)核聚變粒子和宇宙檢測(cè)試題新人教版選修3-5"基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．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、氦核等輕核答案：A解析：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)。2．年，美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)出的《年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的結(jié)果，該站揭示了中微子失蹤的部分中微子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。在上述研究中有以下說(shuō)法，正確的是()①若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定相反②若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能一致③若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定一致④若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能相反A．①③B．②③C．③④D．①②答案：B解析：中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒定律。3．如圖所示，中子內(nèi)有一個(gè)電荷量為＋eq\f(2,3)e的上夸克和兩個(gè)電荷量為－eq\f(1,3)e的下夸克，有一簡(jiǎn)單模型是三個(gè)夸克都在半徑為r的同一圓周上，如圖所示給出的四幅圖中，能正確表示出夸克所受靜電作用力的是()ABCD答案：B解析：因?yàn)槿齻€(gè)夸克分布在正三角形的頂點(diǎn)上，具有“對(duì)稱”性，再考慮到同種電荷和異種電荷間的力的性質(zhì)，上夸克受到的合力豎直向下，下夸克受到的合力豎直向上，故選項(xiàng)B是正確的。4．下列說(shuō)法正確的是()A.eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程B.eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚變反應(yīng)方程C.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變反應(yīng)方程D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程答案：BD解析：本題主要考查核反應(yīng)方程問(wèn)題，A中方程為人工轉(zhuǎn)變方程，A錯(cuò)。B為核聚變方程，B正確。C為α衰變方程，C錯(cuò)。D為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，D正確，正確答案BD。5．國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號(hào)”月面虹灣局部影像圖，如圖所示。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He。關(guān)于eq\o\al(3,2)He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)會(huì)有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電答案：BC解析：聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過(guò)程會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)。綜上所述，選項(xiàng)BC正確。二、非選擇題6．產(chǎn)生聚變的條件是________，我們往往采用________的方法來(lái)滿足上述條件，這種反應(yīng)叫做________，太陽(yáng)每秒鐘輻射出來(lái)的能量約為3.8×1026J，就是從________反應(yīng)中產(chǎn)生的，太陽(yáng)內(nèi)部時(shí)刻進(jìn)行著4個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核的反應(yīng)，試寫出核反應(yīng)方程____________。答案：使輕核之間的距離減小到10－15m把它們的溫度加熱到很高熱核反應(yīng)熱核4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e7．一個(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？答案：(1)eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析：(1)聚變方程eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H(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eq\f(6.24,3)MeV＝2.08MeV。能力提升一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)答案：B解析：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題可知，該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3，選項(xiàng)B正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2得，該反應(yīng)輻射出的γ光子的能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由E＝hν＝heq\f(c,λ)得，λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．K－介子衰變的方程為：K－→π－＋π0，其中K－介子π－介子帶負(fù)的基本電荷，π0介子不帶電。一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－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Rπ－之比為21，π0介子的軌跡未畫出，由此可知π－的動(dòng)量大小與π0的動(dòng)量大小之比為()A．11 B．12C．13 D．16答案：C解析：由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律知：軌道半徑R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)∝p所以eq\f(pk－,pπ－)＝eq\f(RK－,Rπ－)＝eq\f(2,1)即pπ－＝eq\f(1,2)pk－又由動(dòng)量守恒定律pk－＝pπ0－pπ－得pπ0＝pk－＋pπ－＝eq\f(3,2)pk－所以eq\f(pπ－,pπ0)＝eq\f(1,3)3．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()eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2方程式中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見(jiàn)下表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,2)Heeq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是()A．X是eq\o\al(3,2)He，Q2>Q1 B．X是eq\o\al(4,2)He，Q2>Q1C．X是eq\o\al(3,2)He，Q2<Q1 D．X是eq\o\al(4,2)He，Q2<Q1答案：B解析：本題主要考查核反應(yīng)方程及質(zhì)能方程問(wèn)題，由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知X應(yīng)為eq\o\al(4,2)He，所以A、C錯(cuò)。由質(zhì)量虧損多少可知Q2>Q1，所以B正確，D錯(cuò)，正確答案為B。4．據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)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(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是()A．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太陽(yáng)”核能大小的計(jì)算公式是E＝eq\f(1,2)mc2答案：AC解析：“人造太陽(yáng)”是全超導(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(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5．在某些恒星內(nèi)，3個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)eq\o\al(12,6)C，eq\o\al(12,6)C原子的質(zhì)量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子的質(zhì)量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg，則()A．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是Δm＝0.0078uB．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是Δm＝1.29×10－29C．反應(yīng)過(guò)程中放出的能量是7.266MeVD．反應(yīng)過(guò)程中放出的能量是1.16×10－19J答案：ABC解析：其反應(yīng)方程是3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C。其質(zhì)量虧損為Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u，A項(xiàng)對(duì)；Δm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.29×10－29kg，B項(xiàng)對(duì)；ΔE＝0.0078×931.5MeV＝7.266MeV，C項(xiàng)對(duì)；ΔE＝7.266×106×1.6×10－19J＝1.16×10二、非選擇題6．(揚(yáng)州市～學(xué)年高二下學(xué)期期末)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某種粒子。已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X(jué)的質(zhì)量分別為m1＝2.0141u、m2＝3.0161u、m3＝4.0026u和m4＝1.0087u；1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X(jué)是________；該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為_(kāi)_______(用m1、m2、m3、m4表示)；該反應(yīng)釋放出的能量為_(kāi)_______MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)m1＋m2－m3－m417.6解析：核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n；質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4；釋放的核能ΔE＝Δmc2＝17.6MeV7．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。p＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)Neq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋νp＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)Np＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)Oeq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋νP＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α其中