2024-2025學(xué)年高中物理課時分層作業(yè)17核聚變粒子和宇宙含解析新人教版選修3-5

PAGE3-課時分層作業(yè)(十七)(時間：15分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．關(guān)于核聚變，以下說法正確的是()A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為平安、清潔B．世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站C．要使輕核發(fā)生聚變，必需使它們的距離達(dá)到10－10m以內(nèi)，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易限制[解析]與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：(1)平安、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理．但核聚變不易限制，其發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行．所以正確的只有選項(xiàng)A.[答案]A2．關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是()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)合能變小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)量變大[解析]聚變反應(yīng)的比結(jié)合能大于裂變反應(yīng)的比結(jié)合能，但參加的核子數(shù)目裂變大于聚變，故聚變反應(yīng)釋放的總能量不肯定多，故A、C錯，B對；由于聚變反應(yīng)釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，故聚變后核的質(zhì)量削減，故D錯．[答案]B3．(多選)我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達(dá)1000s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)記著我國磁約束核聚變探討進(jìn)入國際先進(jìn)水平．合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變試驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富．已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是()A．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子B．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子C．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2[解析]由核反應(yīng)方程2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X知X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故A、C錯誤，B、D正確．[答案]BD4．(多選)一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個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，若產(chǎn)生的核能全部被γ光子帶走．下列說法正確的是()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γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)[解析]該核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)不守恒，故A錯誤；聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故B正確；聚變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量以光子的形式放出，故光子能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，故C錯誤；依據(jù)E＝eq\f(hc,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，得光子的波長為λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D正確．[答案]BD5．(多選)核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、平安牢靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源．近年來，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.則這個核反應(yīng)釋放出來的能量為(光速c＝3.00×108m/s,1u相當(dāng)于931.5MeV)()A．2.8×10－10J B．2.8×10－12JC．1.75MeV D．17.5MeV[解析]核反應(yīng)釋放出來的能量：ΔE＝Δmc2，Δm＝(m氘＋m氚)－(mHe＋mn)＝0.0188u，由計(jì)算得：ΔE＝2.8×10－12J＝17.5MeV，故B、D正確[答案]BD6．(多選)在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結(jié)合成一個C，C原子的質(zhì)量是12.0000u，He原子的質(zhì)量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg,1u相當(dāng)于931.5MeV，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＝1.2948×10－29kgC．反應(yīng)過程中放出的能量約為7.266MeVD．反應(yīng)過程中放出的能量約為1.16×10－19J[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對；Δm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.2948×10－29kg，B對；ΔE＝0.0078×931.5MeV≈7.266MeV，C對；ΔE≈7.266×106×1.6×10－19J≈1.16×10－12J，D錯．[答案]ABC二、非選擇題(14分)7．已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量為3.0150u．兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成eq\o\al(3,2)He并放出一個中子，釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．(質(zhì)量虧損為1u時，釋放的能量為931.5MeV.除了計(jì)算質(zhì)量虧損外，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方程式．(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少？(3)若測得反應(yīng)后生成中子的動能是3.12MeV，則反應(yīng)前每個氘核的動能是多少M(fèi)eV?[解析](1)核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)質(zhì)量虧損為：Δm＝2.0136×2u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為：ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)設(shè)中子和eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2.反應(yīng)前每個氘核的動能是E0，反應(yīng)后中子和eq\o\al(3,2)He核動能分別為E1、E2，依據(jù)動量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，eq\f(E1,E2)＝eq\f(p2,2m1)∶eq\f(p2,2m2)＝eq\f(m2,m1)＝3，E2＝e