物理選修3-5教科版全套講義第三章原子核3-67

6核聚變7粒子物理學(xué)簡(jiǎn)介[目標(biāo)定位]1.知道什么是聚變反應(yīng)，會(huì)計(jì)算核聚變中釋放的核能.2.知道熱核反應(yīng)，了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展.3.了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史.一、核聚變1．定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成較重原子核的反應(yīng)，輕核聚變必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)．2．能量變化：輕核聚變后，平均結(jié)合能增加，反應(yīng)中會(huì)釋放能量．3．核反應(yīng)舉例：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.4．核反應(yīng)條件：必須使它們的距離達(dá)到10－15m以?xún)?nèi)，使核具有足夠的動(dòng)能5．特點(diǎn)：在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量．熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會(huì)使反應(yīng)繼續(xù)下去．6．氫彈原理：首先由普通炸藥引爆原子彈．再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．二、可控?zé)岷朔磻?yīng)與恒星演化中的核反應(yīng)1．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高．(2)地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富．(3)輕核聚變更為安全、清潔．2．太陽(yáng)等恒星內(nèi)部進(jìn)行的核反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)．三、粒子1．“基本粒子”不基本“基本粒子”：直到19世紀(jì)末，人們認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子、中子是“基本粒子”，隨著科學(xué)的發(fā)展，一方面逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的新粒子，它們都不是由中子、質(zhì)子、電子組成的；另一方面科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．因此，20世紀(jì)后半期，就將“基本”去掉，統(tǒng)稱(chēng)粒子．2．粒子的分類(lèi)：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類(lèi)：強(qiáng)子、輕子和媒介子．3．夸克模型(1)夸克模型的提出：1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的．(2)分類(lèi)：上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克；它們帶的電荷量分別為元電荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)，每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克．(3)意義：元電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷．(4)夸克的“禁閉”夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)，這種性質(zhì)稱(chēng)為夸克的“禁閉”．四、3種典型的粒子加速器1．直線(xiàn)加速器(1)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線(xiàn)．(2)滿(mǎn)足的條件：要保持粒子與高頻電場(chǎng)之間的諧振關(guān)系．(3)優(yōu)點(diǎn)：粒子束的強(qiáng)度高．2．回旋加速器(1)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡：在磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)．(2)滿(mǎn)足條件：高頻電源的頻率等于粒子回旋的頻率．(3)優(yōu)點(diǎn)：粒子被加速到的能量可達(dá)40_MeV.3．對(duì)撞機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)兩束相對(duì)運(yùn)動(dòng)的粒子對(duì)撞的設(shè)備叫對(duì)撞機(jī)．工作原理：粒子先在同步加速器中加速，然后射入對(duì)撞機(jī)，反向回旋在軌道交叉處相互碰撞，獲得較大能量．預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問(wèn)題記錄在下面的表格中問(wèn)題1問(wèn)題2問(wèn)題3一、對(duì)輕核聚變的理解1．聚變發(fā)生的條件：要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m2．輕核聚變是放能反應(yīng)：從平均結(jié)合能的圖線(xiàn)看，輕核聚變后平均結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)．3．聚變方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γ.4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別反應(yīng)方式比較項(xiàng)目重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大約要大3～4倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)容易得多【例1】下列說(shuō)法不正確的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變C.eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變答案D解析A選項(xiàng)中是兩個(gè)質(zhì)量較輕的核結(jié)合成了一個(gè)質(zhì)量較重的核，是聚變反應(yīng)，故A選項(xiàng)正確；B選項(xiàng)的核反應(yīng)中是鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(gè)(或更多)中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子，是裂變反應(yīng)，故B選項(xiàng)正確；在C選項(xiàng)的核反應(yīng)中沒(méi)有中子的轟擊自發(fā)地放出了α粒子，是α衰變，C選項(xiàng)是正確的；而D應(yīng)是β衰變，不正確；故答案為D.借題發(fā)揮主要核反應(yīng)類(lèi)型有：(1)衰變：衰變是原子核自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核并輻射出α或β粒子．(2)人工轉(zhuǎn)變：人工轉(zhuǎn)變常用α粒子(也可用中子等)轟擊原子核，該核捕獲α粒子后產(chǎn)生新原子核，并放出一個(gè)或幾個(gè)粒子．(3)核裂變：核裂變時(shí)鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(gè)(或更多)中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子．(4)核聚變：輕核聚變時(shí)也會(huì)放出中子．針對(duì)訓(xùn)練1以下說(shuō)法正確的是()A．聚變是裂變的逆反應(yīng)B．如果裂變釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量C．聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文以上的高溫，顯然是吸收能量D．裂變與聚變均可釋放巨大的能量答案D解析A選項(xiàng)從形式上看，裂變與聚變似乎是互為逆反應(yīng)，但其實(shí)不然，因?yàn)槎叩姆磻?yīng)物和生成物完全不同．裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為次輕核，無(wú)直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)；B選項(xiàng)既然裂變與聚變不是互為逆反應(yīng)，則在能量流向上也不必相反；C選項(xiàng)要實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫提供能量．但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量．因此，總的來(lái)說(shuō)，聚變反應(yīng)還是釋放能量．二、聚變反應(yīng)中釋放核能的計(jì)算【例2】太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核同時(shí)放出兩個(gè)正電子的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源．(1)寫(xiě)出這個(gè)核反應(yīng)方程．(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少千克？(mp＝1.0073u，mHe＝4.0015u，me＝0.00055u)答案(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)24.78MeV(3)4.2×10解析(1)核反應(yīng)方程4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,2)X，而eq\o\al(0,2)X只能是2個(gè)正電子．因此核反應(yīng)方程應(yīng)為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋20＋1e.(2)反應(yīng)前的質(zhì)量m1＝4mp＝4×1.0073u＝4.0292u，反應(yīng)后m2＝mHe＋2me＝4.0015u＋2×0.00055u＝4.0026u，Δm＝m1－m2＝0.0266u，由質(zhì)能方程得，釋放能量ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV＝24.78MeV.(3)由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得每秒減少的質(zhì)量Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg.針對(duì)訓(xùn)練2一個(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mT＝3.0180u．求：(1)寫(xiě)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－mT＝(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.三、粒子的分類(lèi)和夸克模型1．粒子的分類(lèi)分類(lèi)參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”粒子構(gòu)成的；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用2.夸克的分類(lèi)夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克，它們帶的電荷分別為元電荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3).每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克．【例3】已知π＋介子、π－介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克eq\x\to(u)或反夸克eq\x\to(d))組成的，它們的帶電量如下表所示，表中e為元電荷．π＋π－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)帶電量＋e－e＋eq\f(2,3)e－eq\f(1,3)e－eq\f(2,3)e＋eq\f(1,3)e下列說(shuō)法正確的是()A．π＋由u和eq\x\to(d)組成B．π＋由d和eq\x\to(u)組成C．π－由u和eq\x\to(d)組成D．π－由d和eq\x\to(u)組成答案AD解析根據(jù)電荷量關(guān)系可知，由于π＋介子帶有＋e的電荷量，又由于π＋介子是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成，根據(jù)題意可知π＋介子(＋e)應(yīng)由一個(gè)夸克ueq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(＋\f(2,3)e))和一個(gè)反夸克eq\x\to(d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(＋\f(1,3)e))組成，A正確；同理π－介子由夸克d和反夸克eq\x\to(u)組成，D正確．故正確答案為A、D.針對(duì)訓(xùn)練3目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱(chēng)為u夸克和d夸克的兩類(lèi)夸克組成的．u夸克帶電荷量為eq\f(2,3)e，d夸克的帶電荷量為－eq\f(1,3)e，e為元電荷，下列論斷中可能正確的是()A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成答案B解析質(zhì)子eq\o\al(1,1)H帶電荷量為2×eq\f(2,3)e＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,3)e))＝e，中子eq\o\al(1,0)n帶電荷量為eq\f(2,3)e＋2×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,3)e))＝0.可見(jiàn)B正確.對(duì)核聚變的理解1．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)沒(méi)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B解析核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生新的原子核，同時(shí)由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，會(huì)有核能的釋放，這是人類(lèi)利用核能的途徑之一．目前核電站大多采用重核裂變的方法來(lái)釋放與利用核能發(fā)電．2．(多選)下列關(guān)于聚變的說(shuō)法中，正確的是()A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫(kù)侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫，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)開(kāi)爾文的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．太陽(yáng)和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng)，在地球內(nèi)部也可以自發(fā)地進(jìn)行答案ABC解析輕核聚變時(shí)，要使輕核之間距離達(dá)到10－15m核聚變釋放核能的計(jì)算3．氘和氚發(fā)生聚變反應(yīng)的核反應(yīng)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A解析由核反應(yīng)方程可知1個(gè)氘核和1個(gè)氚核聚變成氦核時(shí)放出17.6MeV能量和1個(gè)中子，則1mol的氘和1mol氚全部聚變成1mol氦核時(shí)釋放的能量為ΔE＝NA×17.6MeV.4．氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結(jié)合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應(yīng)方程如下：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(1)這個(gè)核反應(yīng)稱(chēng)為_(kāi)_______．(2)要發(fā)生這樣的核反應(yīng)，需要將反應(yīng)物質(zhì)的溫度加熱到幾百萬(wàn)開(kāi)爾文．式中17.6MeV是核反應(yīng)中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量比核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量________(填“增加”或“減少”)了________kg(保留一位有效數(shù)字)．答案(1)聚變(2)放出減少3×10－29解析在輕核聚變反應(yīng)中，由于質(zhì)量虧損，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝3×10－29kg.(時(shí)間：60分鐘)題組一核聚變1．下列關(guān)于熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因的說(shuō)法中不正確的是()A．就每一個(gè)核子平均來(lái)說(shuō)，比重核裂變時(shí)釋放的能量多B．對(duì)環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理C．熱核反應(yīng)的原料在地球上儲(chǔ)量豐富D．熱核反應(yīng)的速度容易控制答案D解析受控?zé)岷朔磻?yīng)的實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)尚不成熟，它的反應(yīng)速度是不易控制的．2．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(lèi)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)C．當(dāng)人類(lèi)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)而輸出核能答案C解析現(xiàn)有核電站均為重核裂變反應(yīng)釋放能量，而裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)的條件不同，現(xiàn)在的核電站不能進(jìn)行聚變反應(yīng)，故A、D錯(cuò)誤；雖然人類(lèi)已經(jīng)掌握了聚變反應(yīng)的技術(shù)，但還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的受控核聚變，故B錯(cuò)誤；由于地球上儲(chǔ)備有大量的聚變?cè)?，一旦?shí)現(xiàn)受控核聚變，世界將不再存在“能源危機(jī)”，故C正確．3．(多選)2009年10月31日8時(shí)6分，中國(guó)科學(xué)界“兩彈一星”巨星錢(qián)學(xué)森在北京逝世，享年98歲．人民群眾深刻悼念這位有著“中國(guó)航天之父”稱(chēng)號(hào)的偉大科學(xué)家．下列核反應(yīng)方程中屬研究?jī)蓮椀幕竞朔磻?yīng)方程式的是()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)n答案BD解析“兩彈”指原子彈和氫彈，它們的核反應(yīng)屬于重核的裂變與輕核的聚變，故應(yīng)選B、D.4．(多選)關(guān)于聚變，以下說(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)放出能量B．同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時(shí)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大好多倍C．聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積D．發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的原子核必須有足夠大的動(dòng)能答案BD解析兩個(gè)輕核聚合為較大質(zhì)量的原子核就可釋放能量但不一定是中等質(zhì)量的核，故A項(xiàng)錯(cuò)誤．聚變反應(yīng)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大得多，這點(diǎn)由聚變反應(yīng)的特點(diǎn)我們就可以知道，故B項(xiàng)正確．裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積，而聚變反應(yīng)的條件是原子核間距達(dá)到10－15m5．關(guān)于核聚變，以下說(shuō)法不正確的是()A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經(jīng)有利用核聚變能來(lái)發(fā)電的核電站C．要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15mD．地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核答案B解析與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲(chǔ)量多；(3)核廢料易處理．但核聚變發(fā)電還沒(méi)有投入實(shí)際運(yùn)行．所以B項(xiàng)是不正確的．6．原子核聚變可望給人類(lèi)未來(lái)提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，并放出能量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV，則由守恒條件可知()A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3答案B解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分別有4k＋d＝10,2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正確選項(xiàng)為B.題組二基本粒子7．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0.其中K－介子和π－介子是帶負(fù)電的基元電荷，π0介子不帶電．如圖1所示的1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，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)量的大小之比為()圖1A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．1∶6答案C解析帶電粒子K－與π－在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力Bqv＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)，K－介子與π－介子帶電量相同，故運(yùn)動(dòng)的半徑之比等于動(dòng)量之比pK－∶pπ－＝RK－∶Rπ－＝2∶1在衰變后π－介子與π0介子動(dòng)量方向相反，設(shè)K－介子的動(dòng)量為正，則π－介子動(dòng)量為負(fù)值，由動(dòng)量守恒pK－＝－pπ－＋pπ0則pπ－∶pπ0＝1∶3故A、B、D錯(cuò)，C對(duì)．8．現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法尋找“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號(hào)相反．據(jù)此，反α粒子為()A.eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(－4,2)HeC.eq\o\al(－4,－2)HeD.eq\o\al(4,－2)He答案D解析這類(lèi)問(wèn)題在前兩年的高考中經(jīng)常出現(xiàn)．根據(jù)題目中的描述，結(jié)合α粒子的特點(diǎn)很容易選出正確選項(xiàng)為D.題組三粒子加速器9．(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖圖2所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是()圖2A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C．離子從磁場(chǎng)中獲得能量D．離子從電場(chǎng)中獲得能量答案AD解析回旋加速器的工作原理是使離子在兩個(gè)D形盒的縫隙中受電場(chǎng)力加速，在D形盒的內(nèi)部受洛倫茲力作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力不做功因此選項(xiàng)C錯(cuò)、D正確．隨著加速次數(shù)的增加，離子的能量越來(lái)越大，速度越來(lái)越大，由r＝eq\f(mv,qB)可知離子的圓周運(yùn)動(dòng)半徑越來(lái)越大，最后從加速器的邊緣飛出加速器，因此選項(xiàng)B錯(cuò)、A正確．10．1989年初，我國(guó)投入運(yùn)行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加速到2.8GeV；若改用直線(xiàn)加速器加速，設(shè)每級(jí)的加速電壓為U＝2.0×105V，則需要幾級(jí)加速？答案1.4×104(級(jí))解析設(shè)經(jīng)n級(jí)加