【名師一號(hào)】2021年新課標(biāo)版物理選修3-5-雙基限時(shí)練20-原子核

雙基限時(shí)練(二十)核聚變、粒子和宇宙1．關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說(shuō)法正確的是()A．一次聚變反應(yīng)肯定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B．聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量肯定大C．聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能小D．聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量增加解析在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不肯定比裂變反應(yīng)多，但平均每個(gè)核子釋放的能量肯定大，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B正確；由于聚變反應(yīng)中釋放巨大的能量則比結(jié)合能肯定增加，質(zhì)量發(fā)生虧損，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案B2．關(guān)于核能的利用，下列說(shuō)法正確的是()A．現(xiàn)在的核電站既有裂變反應(yīng)堆，也有聚變反應(yīng)堆B．在地球上，人類還無(wú)法實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)C．當(dāng)人類實(shí)現(xiàn)了“受控核聚變”穩(wěn)定輸出核能時(shí)，世界就會(huì)克服“能源危機(jī)”D．世界現(xiàn)有核電站能夠進(jìn)行聚變反應(yīng)而輸出核能解析現(xiàn)在的核電站均為重核裂變反應(yīng)堆，而聚變反應(yīng)現(xiàn)在還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的受控?zé)岷朔磻?yīng)，由于地球上儲(chǔ)備了大量的聚變材料，一旦實(shí)現(xiàn)了受控核聚變，世界將不再存在“能源危機(jī)”，故C選項(xiàng)正確．答案C3．重核裂變和輕核聚變是人類利用原子能的兩種主要方法，下面關(guān)于它們的說(shuō)法正確的是()A．裂變和聚變都有質(zhì)量虧損B．裂變過(guò)程有質(zhì)量虧損，聚變過(guò)程有質(zhì)量增加C．裂變過(guò)程有質(zhì)量增加，聚變過(guò)程有質(zhì)量虧損D．裂變和聚變過(guò)程質(zhì)量都有所增加答案A4．科學(xué)家發(fā)覺(jué)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、平安的核聚變?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)沒(méi)有質(zhì)量虧損D．目前核電站都接受eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電解析聚變反應(yīng)發(fā)生了質(zhì)量虧損，釋放出巨大的能量，產(chǎn)生了新的原子核，故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；目前核電站接受的是裂變反應(yīng)，而不是聚變反應(yīng)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案B5．關(guān)于粒子下列說(shuō)法正確的是()A．電子、質(zhì)子、中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本粒子B．強(qiáng)子都是帶電的粒子C．夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D．夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位解析由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成不同的強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；夸克模型是爭(zhēng)辯強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為±eq\f(2,3)e和±eq\f(e,3)，說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位，故C錯(cuò)誤，D正確．答案D6．(多選題)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)變方程解析A、D反應(yīng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變，B反應(yīng)是為聚變反應(yīng)，C為原子核的衰變，故B、D選項(xiàng)正確．答案BD7．氘和氚發(fā)生聚變反應(yīng)的方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，若有2g氘和3g氚全部發(fā)生聚變，NA為阿伏加德羅常數(shù)，則釋放的能量是()A．NA×17.6MeV B．5NA×17.6MeVC．2NA×17.6MeV D．3NA×17.6MeV答案A8．(多選題)關(guān)于聚變反應(yīng)下列說(shuō)法中正確的是()A．要使聚變產(chǎn)生，必需克服庫(kù)侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．太陽(yáng)和很多恒星內(nèi)部都在進(jìn)行激烈的熱核反應(yīng)答案ABCD9．(多選題)如圖是描述原子核核子的平均質(zhì)量m與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說(shuō)法正確的是()A．將原子核A分解為原子核B、C可能吸取能量B．將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能吸取能量C．將原子核A分解為原子核B、C肯定釋放能量D．將原子核D、E結(jié)合成原子核F肯定釋放能量9．K－介子衰變的方程為：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的基元電荷，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．1:1 B．1:2C．1:3 D．1：6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).答案C10．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，一簡(jiǎn)潔模型是三個(gè)夸克都在半徑為r的同一圓周上，如右圖所示．下圖所示的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是()ABCD解析考查的是庫(kù)侖力的大小、方向及力的合成，明確每個(gè)夸克皆受兩個(gè)力的作用．電荷量為＋e的上夸克受兩個(gè)下夸克的吸引力，合力的方向肯定向下，對(duì)其中一個(gè)下夸克，受力如圖所示，其中F2＝F1，由力的合成可知F1與F2的合力豎直向上，B項(xiàng)正確．答案B11．(多選題)質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)被認(rèn)為是恒星能量的一種可能來(lái)源，具體的一個(gè)循環(huán)過(guò)程是這樣的：兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)發(fā)生聚變，生成一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)，生成的氘核(eq\o\al(2,1)H)再與一個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)聚變生成一個(gè)氦核(eq\o\al(3,2)He)，接下來(lái)兩個(gè)氦核(eq\o\al(3,2)He)發(fā)生聚變，生成氦的同位素(eq\o\al(4,2)He)同時(shí)再產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)，這兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)再度發(fā)生聚變……進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)反應(yīng)，成為恒星不竭之能量源泉．對(duì)于這種質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A．兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(0,1)eB．兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(1,1)HC．一個(gè)完整的質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為3eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(0,1)eD．一個(gè)完整的質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為6eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2eq\o\al(1,1)H解析由題意及核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可得兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(0,1)e，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤；由題意可知一個(gè)完整的質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)反應(yīng)可表示為6eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2eq\o\al(1,1)H，C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確．答案AD12．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)N，eq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋ν，p＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)N，p＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)O，eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋ν，p＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α，其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子．已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644929×10－27kg，正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽視不計(jì)．真空中的光速c＝3.00×解析為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項(xiàng)，系列反應(yīng)最終等效為4p→α＋2e＋＋2ν設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，依據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得Q＝(4mp－mα－2me)c2代入數(shù)值可得：Q≈3.95×10－12J.答案3.95×10－12J13．太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁波輻射的形式向四周八方輻射出去，其總功率達(dá)P＝3.8×1026W.(1)估算太陽(yáng)每秒鐘的質(zhì)量虧損．(2)設(shè)太陽(yáng)上的核反應(yīng)都是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν＋28MeV這種形式的反應(yīng)(ν是中微子，其質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量，是穿透力極強(qiáng)的中性粒子)，地日距離L＝1.5×1011m，試估算每秒鐘太陽(yáng)垂直照射地面上每平方米有多少中微子到達(dá)．(3)假設(shè)原始太陽(yáng)全部由質(zhì)子和電子組成，并且只有10%的質(zhì)子可供“燃燒”，試估算太陽(yáng)的壽命(太陽(yáng)的質(zhì)量為2.0×1030kg，質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10－解析(1)太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量為ΔE＝Pt＝3.8×1026J，由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg.(2)設(shè)E0＝28MeV，每秒鐘的核反應(yīng)的次數(shù)為：n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(3.8×1026,28×106×1.6×10－19)＝8.48×1037次每秒鐘產(chǎn)生的中微子為n1＝2n＝1.696×1038個(gè)建一個(gè)以L為半徑的球模型，球的表面積為S＝4πL2＝2.826×10則每平方米上有中微子的個(gè)數(shù)為：n2＝eq\f(n1,S)＝eq\f(1.696×1038