高中物理选修3-5 课时训练20 核聚变　粒子和宇宙.doc

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1、课时训练课时训练 20 核聚变核聚变 粒子粒子 和宇宙和宇宙一、非标准一、非标准 1.(多选)关于聚变,以下说法正确的是( )A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量 B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 答案:BD 解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故 A 错误。聚变反应 放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故 B 正 确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体

2、积,而聚变反应的条件是原子核间距达到 10-15 m,故要 求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功,故 C 错误,D 正确。 2.科学家发现在月球上含有丰富的 He(氦 3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为 HeHeHe。关于 He 聚变,下列表述正确的是( )A.聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核 C.聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用 He 聚变反应发电答案:B 解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。3.下面是一核反应方程 He+X。用 c 表示光速,则( )A.X

3、 是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘 c2 B.X 是中子,核反应放出的能量等于中子质量乘 c2 C.X 是质子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和,再乘 c2 D.X 是中子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和,再乘 c2 答案:D 解析:由质量数守恒及电荷数守恒可得 X 为 n(中子),再根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与 c2的乘积,故 D 项正确。4.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为 41026 J,根据 爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近( )A.1036

4、kg B.1018 kg C.1013 kgD.109 kg 答案:D 解析:根据爱因斯坦的质能方程,m= kg=4.4109 kg,D 正确。5.目前普遍认为,质子和中子都是由被称为 u 夸克和 d 夸克的两类夸克组成的。u 夸克带电荷量为+e,d 夸克带电荷量为-e,e 为元电荷。下列论断可能正确的是( )A.质子由一个 u 夸克和一个 d 夸克组成,中子由一个 u 夸克和两个 d 夸克组成 B.质子由两个 u 夸克和一个 d 夸克组成,中子由一个 u 夸克和两个 d 夸克组成 C.质子由一个 u 夸克和两个 d 夸克组成,中子由两个 u 夸克和一个 d 夸克组成 D.质子由两个 u 夸克

5、和一个 d 夸克组成,中子由一个 u 夸克和一个 d 夸克组成 答案:B 解析:质子 H 所带电荷量为 2(+e)+(-e)=+e,中子 n 所带电荷量为+e+2(-e)=0,故 B 正确。6.(多选)已知 +介子、-介子都是由一个夸克(夸克 u 或夸克 d)和一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d)组成 的,它们的带电荷量如下表所示,表中 e 为元电荷。+-ud带电荷量+e-e+e-e-e+e下列说法正确的是( )A.+由 u 和组成B.+由 d 和组成C.-由 u 和组成D.-由 d 和组成答案:AD 解析:根据电荷量关系可知,由于 +介子带有+e 的电荷量,又由于 +介子是由 u 夸克和

6、d 夸克组成,根据题意可知 +介子(+e)应由一个 u 夸克(+e)和反 d 夸克(+e)合成,同理 -介子由 d 夸克和反 u 夸克构成。7.(多选)下列说法中正确的是( )A.目前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构 B.自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用 C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象 D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子 答案:ACD 解析:媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构,故 A 正确;反粒子带等量异种电荷,反粒 子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故 C 正确;质子是最早发现的强子,故

7、D 正确。 8.(多选)由我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克 EAST 核聚变实验装置被称为“人造太阳” 。下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )A.“人造太阳”的核反应方程式是 HenB.“人造太阳”的核反应方程式是 BaKr+nC.根据公式 E=mc2可知,该燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量比裂变反应大得多 D.根据公式 E=mc2可知,核燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同 答案:AC 解析 Hen 是氢核聚变方程,故 A 正确。根据氢核聚变特点,相同质量的核燃料,氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多,故 C 正确。9.天文观测表明,几乎所有远处

8、的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背 离我们运动的速度(称为退行速度)越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度 v 和它们离我们的距离r 成正比,即 v=Hr。式中 H 为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种 理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并 设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。 (1)由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄 T,其计算式是什么? (2)根据观测,哈勃常数 H=310-2米/秒光年,其中光年是光在一年中行进

9、的距离,由此估算宇宙的年龄约 为多少年? 答案:(1) T= (2)11010年解析:(1)由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为 T,则星球现距我们的距离为 r=vT=HrT,得:T=。(2)T=年=11010年。10.两个中子和两个质子结合成一个氦核,同时释放一定的核能,若已知中子质量为 1.008 7 u,质子质量为 1.007 3 u,氦核质量为 4.002 6 u。试计算用中子和质子生成 1 kg 氦时要释放的核能。 答案:6.591014 J 解析:计算核能的步骤一般是:首先,写出核反应方程;其次,计算质量亏损 m;然后根据质能方程 E=mc2 计算核能。若 m 以原子质量单位(u)为单位,可直接用 E=m(u)931.5 MeV 计算,此法较快且常用。 两个质子和两个中子结合成氦核的反应为 He质量亏损 m=(21.008 7+21.007 3-4.002 6) u=0.029 4 u 放出的核能 E=0.029 4931.5 MeV=27.386 MeV 生成 1 kg 氦释放的总核能 E=6.02102327.3861061.610-19 J=6.591014 J。