2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)1314核聚變粒子物理學(xué)簡(jiǎn)介選學(xué)含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE6課時(shí)作業(yè)13核聚變課時(shí)作業(yè)14粒子物理學(xué)簡(jiǎn)介(選學(xué))時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～3為單選，4～9為多選)1．1994年3月，中國(guó)科技高校研制勝利了比較先進(jìn)的HT－7型超導(dǎo)托卡馬克，托卡馬克(Tokamak)是探討受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)，kamera(真空室)，magnet(磁)的頭兩個(gè)字母以及katushak(線(xiàn)圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞，依據(jù)以上信息，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(B)A．這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，與太陽(yáng)發(fā)光的原理類(lèi)似B．這種裝置同我國(guó)秦山核電站、大亞灣核電站所運(yùn)用的核裝置反應(yīng)原理相同C．這種裝置可以限制熱核反應(yīng)速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定的釋放D．這種裝置產(chǎn)生的核聚變對(duì)環(huán)境的污染比核裂變要輕得多解析：到目前為止，核聚變還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，不管哪國(guó)的核電站都是利用重核的裂變，故B說(shuō)法是錯(cuò)誤的．2．大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電．氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u,1u＝931MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(B)A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV解析：氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，選項(xiàng)B正確．3．2008年9月10日，歐洲核探討組織(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞器于北京時(shí)間10日下午啟動(dòng)，綻開(kāi)歷史上最困難也最激烈人心的科學(xué)試驗(yàn)，就是模擬宇宙大爆炸．據(jù)香港《大公報(bào)》等媒體報(bào)道，英國(guó)物理學(xué)家霍金指出，這次試驗(yàn)將是物理學(xué)“新黃金時(shí)代”，打開(kāi)了物質(zhì)和宇宙隱私寶庫(kù)．但有科學(xué)家擔(dān)憂(yōu)，試驗(yàn)可能產(chǎn)生微型黑洞，令“世界末日來(lái)臨”．科學(xué)家信任宇宙誕生時(shí)正物質(zhì)和反物質(zhì)數(shù)量一樣多，他們要探究之后沒(méi)有反物質(zhì)留下的緣由．歐洲和美國(guó)的科學(xué)探討機(jī)構(gòu)先后宣布：他們分別制造出9個(gè)和7個(gè)反氫原子．這是人類(lèi)探究反物質(zhì)的一大進(jìn)步，你推想反氫原子的結(jié)構(gòu)是(B)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)不帶電荷的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成解析：依據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同的質(zhì)量，但帶有等量的異性電荷．因此“反氫原子”應(yīng)當(dāng)具有與氫原子相同的質(zhì)量，相反的電荷符號(hào)且等量的電荷量．所以反氫原子是由eq\o\al(1,－1)H核和eq\o\al(0,1)e構(gòu)成的．4．1999年9月18日，中共中心、國(guó)務(wù)院、中心軍委在人民大會(huì)堂隆重表彰為研制“兩彈一星”作出突出貢獻(xiàn)的科技專(zhuān)家，下列核反應(yīng)方程中屬于探討兩彈的基本的核反應(yīng)方程式是(BD)A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n5．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?cè)囼?yàn)裝置(又稱(chēng)“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(AC)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解析：“人造太陽(yáng)”是全超導(dǎo)核聚變?cè)囼?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)算依據(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．6．下列說(shuō)法正確的是(BCD)A．質(zhì)子、電子、中子都是輕子B．反粒子的質(zhì)量與對(duì)應(yīng)粒子的質(zhì)量相同，二者電性相反C．質(zhì)子是最早發(fā)覺(jué)的強(qiáng)子，電子是最早發(fā)覺(jué)的輕子D．目前發(fā)覺(jué)的輕子有6種，其中τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量還大7．關(guān)于反粒子，下列說(shuō)法正確的是(ABC)A．電子的反粒子就是正電子，它的電荷量與電子相同，但帶的是正電荷B．質(zhì)子的反粒子就是反質(zhì)子，它的電荷量與質(zhì)子相同，但帶的是負(fù)電荷C．粒子與它的反粒子質(zhì)量相同D．粒子與它的反粒子的物理性質(zhì)相反8．美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器試驗(yàn)室于2008年8月宣布，在對(duì)撞試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)一種新型粒子——?dú)W米伽b重子，這是迄今為止物理學(xué)界發(fā)覺(jué)的質(zhì)量最大的重子．這一發(fā)覺(jué)也證明夸克模型是勝利的．1961年，理論物理學(xué)家提出夸克模型，指出重子是由3個(gè)夸克組成的亞原子粒子．現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，夸克共分6種3類(lèi)：上夸克、下夸克；粲夸克，奇異夸克；頂夸克、底夸克(如下表)．質(zhì)子由兩個(gè)上夸克加一個(gè)下夸克組成，則中子的構(gòu)成是兩個(gè)下夸克加一個(gè)上夸克，因此人類(lèi)目前所接觸的物質(zhì)都是由第一類(lèi)夸克組成的．此次對(duì)撞試驗(yàn)發(fā)覺(jué)的新型粒子是由2個(gè)奇異夸克和1個(gè)底夸克組成的．這是物理學(xué)界首次發(fā)覺(jué)由后兩類(lèi)夸克混合組成的重子．注1G＝109.依據(jù)以上信息可以判定(ACD)A．歐米伽b重子帶的電荷量為－eB．歐米伽b重子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的250倍C．歐米伽b重子的質(zhì)量是中子質(zhì)量的250倍D．質(zhì)量單位GeV/c2可由質(zhì)能方程E＝mc2得知1GeV/c2＝1.78×10－27解析：由表中信息知，歐米伽b重子帶的電荷量為－eq\f(1,3)e×2＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,3)e))＝－e，A對(duì)；歐米伽b重子的質(zhì)量為(4.7＋0.15×2)GeV/c2＝5GeV/c2，中子的質(zhì)量為(0.008×2＋0.004)GeV/c2＝0.02GeV/c2，C對(duì)；質(zhì)子質(zhì)量(0.004×2＋0.008)GeV/c2＝0.016GeV/c2，B錯(cuò)；1GeV/c2＝1×109×1.6×10－19/(3×108)2kg＝1.78×10－27kg，D對(duì)．9．下列說(shuō)法正確的是(BD)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：本題主要考查核反應(yīng)方程問(wèn)題，A為人工轉(zhuǎn)變方程，A錯(cuò)誤．B為核聚變方程，B正確．C為α衰變方程，C錯(cuò)誤．D為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，D正確，答案為B、D.二、非選擇題10．氘發(fā)生熱核反應(yīng)有如下四種狀況，而且每種狀況幾率相同(大量粒子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律)．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(1,1)H＋4MeVeq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋3.3MeVeq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H＋18.3MeV1L海水中大約有0.03g氘，假如這些氘核完全聚變，釋放的能量是多少？答案：1.04×1010J解析：由題給條件知，4種狀況中共有6個(gè)氘核參加反應(yīng)，平均每個(gè)氘核放出的能量是7.2MeV.1L海水中的氘核數(shù)為eq\f(0.03,2)×6.02×1023＝9.03×1021個(gè)，每升海水可放能E＝1.04×1010J.11．核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、平安牢靠、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源．近幾年來(lái)，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(jiàn)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(xiě)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(lái)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3.2×107s計(jì)算，光速c＝3.0×108答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)2.8×10－12J(3)23kg解析：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)ΔE＝Δmc2＝(2.0141＋3.0160－4.0026－1.0087)×1.66×10－27×9×1016J＝2.8×10－12J.(3)M＝eq\f(2Pt,ΔE)×MD＝eq\f(2×3×108×3.2×107×2.0141×1.66×10－27,2.8×10－12)kg＝23kg.12．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，其中軌跡為圓弧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