2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)17核能利用含解析粵教版選修3-5

PAGE5-課時(shí)分層作業(yè)(十七)(時(shí)間：45分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A．夸克模型說(shuō)明電子電荷量是最小的電荷單元B．目前已經(jīng)發(fā)覺(jué)了自由態(tài)的夸克C．目前發(fā)覺(jué)的夸克有6種D．每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克CD[夸克模型指出目前發(fā)覺(jué)了6種夸克，每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克，所以C、D正確；夸克所帶電荷量小于電子電荷量，但還沒(méi)有發(fā)覺(jué)自由態(tài)的夸克，這就是夸克的“禁閉”，所以A、B錯(cuò)．]2．(多選)關(guān)于宇宙和恒星的演化，下列說(shuō)法正確的是()A．宇宙已經(jīng)停止演化B．恒星在主序星階段時(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定C．當(dāng)溫度達(dá)到肯定值時(shí)，恒星內(nèi)發(fā)生氦聚變，亮度增加D．恒星最終都會(huì)演化為黑洞BC[目前宇宙的演化仍在進(jìn)行，A錯(cuò)．恒星在主序星階段時(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定，B對(duì)．恒星內(nèi)由氫聚變轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぞ圩儠r(shí)，亮度增加，C對(duì)．依據(jù)最終質(zhì)量的不同恒星最終演化為白矮星或中子星或黑洞，D錯(cuò)．]3．關(guān)于人們發(fā)覺(jué)的新粒子，下列說(shuō)法不正確的是()A．很多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分為強(qiáng)子、輕子、媒介子，依據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系C．質(zhì)子屬于強(qiáng)子D．光子屬于輕子D[依據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子描述知A、B、C正確．]4．有關(guān)宇宙的理解，下列說(shuō)法中正確的是()A．質(zhì)量越大的恒星壽命越長(zhǎng)B．太陽(yáng)發(fā)出的光和熱來(lái)自于碳、氧等物質(zhì)的燃燒C．在天空中呈現(xiàn)暗紅色的恒星的溫度比呈現(xiàn)白色的恒星的溫度高D．由于光速有限，因此視察遙遠(yuǎn)的天體就相當(dāng)于視察宇宙的過(guò)去D[質(zhì)量越大的恒星壽命越短，故A錯(cuò)誤；太陽(yáng)發(fā)出的光和熱來(lái)自于在太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著大規(guī)模的核聚變釋放的能量，故B錯(cuò)誤；恒星的顏色是由溫度確定的，溫度越低，顏色越偏紅，溫度越高，顏色越偏藍(lán)．故在天空中呈現(xiàn)暗紅色的恒星的溫度比呈現(xiàn)白色的恒星的溫度低．故C錯(cuò)誤；由于光速有限，遙遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光線到達(dá)我們時(shí)，我們看到的是過(guò)去的宇宙射線；故因此視察遙遠(yuǎn)的天體就等于在視察宇宙的過(guò)去，故D正確．]5．關(guān)于天體及其演化，下列說(shuō)法中正確的是()A．紅色的恒星溫度最高B．恒星的壽命隨其質(zhì)量的增大而增大C．紅巨星最終肯定會(huì)變成中子星D．超新星爆發(fā)后會(huì)形成中子星D[恒星的顏色是由溫度確定的，溫度越低，顏色越偏紅，溫度越高，顏色越偏藍(lán)，故A錯(cuò)誤；恒星的壽命和它的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大的恒星壽命越短，故B錯(cuò)誤；小質(zhì)量恒星的演化過(guò)程是：原始星云→恒星→紅巨星→白矮星，故C錯(cuò)誤；超新星爆發(fā)后會(huì)形成中子星，故D正確．]6．(多選)為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國(guó)制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策，在《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中要求2024年核電運(yùn)行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到4000萬(wàn)千瓦的水平，請(qǐng)依據(jù)所學(xué)物理學(xué)問(wèn)，推斷下列說(shuō)法中正確的是()A．核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大B．全部核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能C．全部核電站既有重核裂變，又有輕核聚變釋放大量的原子能D．假如核電站能實(shí)現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理更簡(jiǎn)潔，對(duì)環(huán)境污染更小BD[目前核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核裂變?cè)诤朔磻?yīng)堆中應(yīng)用的是比較清潔的能源，故B正確，A、C錯(cuò)，假如核電站能實(shí)現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理起來(lái)比鈾核裂變廢料更簡(jiǎn)潔，對(duì)環(huán)境污染也更小，D正確．]二、非選擇題(14分)7．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＋Q1①eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2②方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量如表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N質(zhì)量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001則可以推斷X是________，方程中Q1和Q2的大小關(guān)系是Q1________Q2.[解析]由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可推斷X為eq\o\al(4,2)He，①式的質(zhì)量虧損為Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u．②式的質(zhì)量虧損為Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u，所以Δm2>Δm1依據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2>Q1.[答案]eq\o\al(4,2)He<[實(shí)力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．(多選)由中國(guó)供應(yīng)永磁體的阿爾法磁譜儀如圖所示，它于2011年5月16日由奮進(jìn)2號(hào)航天飛機(jī)攜帶升空，安裝在國(guó)際空間站中，主要使命之一是探究宇宙中的反物質(zhì)．所謂的反物質(zhì)即質(zhì)量與正粒子相等，帶電荷量與正粒子相等但電性相反．例如反質(zhì)子即為1－1H，假如使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子和反α粒子組成的射線，通過(guò)速度選擇器沿OO′進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)形成4條徑跡，則()A．1、2是反粒子徑跡B．3、4為反粒子徑跡C．2為反α粒子徑跡D．4為反α粒子徑跡AC[由題圖可知，粒子先通過(guò)速度選擇器沿OO′做勻速直線運(yùn)動(dòng)(重力忽視不計(jì))．四種粒子速度均大小相等，方向相同，它們進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)后受到洛倫茲力作用而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．又因電性不同而受力方向相反，依據(jù)左手定則可推斷反粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受洛倫茲力方向向左，則1、2是反粒子的徑跡，軌跡半徑r＝eq\f(mv,Bq)，因反α粒子的比荷eq\f(q,m)比反質(zhì)子的比荷小，則反α粒子的軌跡半徑比反質(zhì)子的大，故2為反α粒子的徑跡．]2．(多選)我國(guó)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(shí)間達(dá)1000s，溫度超過(guò)1億攝氏度，這標(biāo)記著我國(guó)磁約束核聚變探討進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平．合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變?cè)囼?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(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2BD[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，聚變反應(yīng)的污染特別小，而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確．]3．我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來(lái)源于eq\o\al(235,92)U的裂變，下列說(shuō)法不正確的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子B.eq\o\al(235,92)U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是自然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，上升溫度半衰期縮短D．一個(gè)eq\o\al(235,92)U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11JC[由eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C錯(cuò)誤；因?yàn)?00MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正確．]4．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2∶1，π0介子的軌跡未畫(huà)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∶6C[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(同一磁場(chǎng)，且K－介子與π－介子帶負(fù)的基本電荷)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)]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(13分)有一種聚變反應(yīng)是四個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核，同時(shí)放出兩個(gè)正電子．求：(1)該聚變反應(yīng)釋放多少能量？(2)若1g氫完全聚變，能釋放多少能量？(3)1g氫完全聚變，釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的熱值q＝3.36×107J/kg，氫核質(zhì)量為1.008142u，氦核質(zhì)量為4.001509u，電子的質(zhì)量為0.000549u)[解析](1)核反應(yīng)方程為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008142u－4.001509u－2×0.000549u＝0.029961uΔE＝0.029961×931.5MeV＝27.91MeV＝4.47×10－12J.(2)1g氫完全聚變釋放的能量為E＝eq\f(1,4)×6.02×1023×4.47×10－12J＝6.73×1011J.(3)相當(dāng)于煤完全燃燒的質(zhì)量為m＝eq\f(6.73×1011,3.36×107)kg＝2.00×104kg.[答案](1)4.47×10－12J(2)6.73×1011J(3)2.00×106．(13分)太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達(dá)P＝3.8×1026W.(1)估算一下太陽(yáng)每秒鐘損失的質(zhì)量；(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＋2γ＋28MeV這種形式的反應(yīng)(γ是中微子，其質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量，是穿透實(shí)力極強(qiáng)的中性粒子)．太陽(yáng)與地球距離L＝1.5×1011m，太陽(yáng)光垂直照耀在地球表面上，試估算每秒鐘、每平方米有多少中微子到達(dá)地球表面？(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)質(zhì)量為2.0×1030kg，質(zhì)子質(zhì)量為1.67×10－[解析](1)太陽(yáng)每秒鐘放出的能量：ΔE＝Pt＝3.8×1026J，由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得，Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg≈4.2×109kg＝4.2×106t.(2)每秒鐘聚變反應(yīng)的次數(shù)n＝eq\f(3.8×1026×1,28×106×1.6×10－19)次≈8.48×1037次每秒鐘產(chǎn)生的中微子數(shù)n1＝2n＝16.96×1037個(gè)．距太陽(yáng)L＝1.5×1011m的球面面積S＝4πL2＝4×3.14×(1.5×1011)