2019-2020年高中物理 第19章 第7、8節(jié) 核聚變 粒子和宇宙同步練習(xí) 新人教版選修3-5.doc
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2019-2020年高中物理 第19章 第7、8節(jié) 核聚變 粒子和宇宙同步練習(xí) 新人教版選修3-5 一、選擇題(1~4題為單選題,5、6題為多選題) 1.(青州市一中xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3,當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時,釋放的能量是(c表示真空中的光速)( ) A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1 - m2 -m3)c2 答案:C 解析:質(zhì)量虧損Δm=(m1+m2-m3),由E=Δmc2可知C選項(xiàng)正確。 2.(福建師大附中xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)關(guān)于粒子,下列說法中不正確的是( ) A.質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子 B.質(zhì)子、中子本身也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) C.質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子 D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位 答案:A 解析:質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,故選項(xiàng)A錯誤,選項(xiàng)B對;不同的夸克組成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的強(qiáng)子不帶電,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的帶正電的強(qiáng)子,故選項(xiàng)C正確;夸克模型是研究強(qiáng)子的理論,不同夸克帶的電荷不同,分別為元電荷的+或-,這說明電子電荷不再是電荷的最小單位,故選項(xiàng)D正確。 3.2010年3月31日歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)現(xiàn)首次質(zhì)子束對撞成功??茖W(xué)家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后,能模擬宇宙大爆炸的能量,并產(chǎn)生新的粒子,幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)、以及其他超對稱現(xiàn)象,從根本上加深了解宇宙本質(zhì),揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機(jī)構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個反氫原子。請推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是( ) A.由1個帶正電荷的質(zhì)子和1個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 B.由1個帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成 C.由1個帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 D.由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成 答案:B 解析:根據(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)該具有與氫原子相同的質(zhì)量,相反的電荷符號且等量的電荷量。所以反氫原子是由H核和e構(gòu)成的。 4.2002年,美國《科學(xué)》雜志評出的《2001年世界十大科技突破》中,有一次是加拿大薩德伯里中微子觀測站的結(jié)果,該站揭示了中微子失蹤的部分中微子在運(yùn)動過程中轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子。在上述研究中有以下說法,正確的是( ) ①若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向一致,則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向一定相反 ②若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向一致,則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向可能一致 ③若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向相反,則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向一定一致 ④若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向相反,則τ子的運(yùn)動方向與中微子的運(yùn)動方向可能相反 A.①③ B.②③ C.③④ D.①② 答案:B 解析:中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過程中滿足動量守恒定律。 5.下列說法正確的是( ) A.N+H→C+He是α衰變方程 B.H+H→He+γ是核聚變反應(yīng)方程 C.U→Th+He是核裂變反應(yīng)方程 D.He+Al→P+n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 答案:BD 解析:本題主要考查核反應(yīng)方程問題,A中方程為人工轉(zhuǎn)變方程,A錯。B為核聚變方程,B正確。C為α衰變方程,C錯。D為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,D正確,正確答案BD。 6.國家國防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號”月面虹灣局部影像圖,如圖所示。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的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He+He→2H+He。關(guān)于He聚變下列表述正確的是( ) A.聚變反應(yīng)不會釋放能量 B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C.聚變反應(yīng)會有質(zhì)量虧損 D.目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電 答案:BC 解析:聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核,聚變過程會有質(zhì)量虧損,要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)。綜上所述,選項(xiàng)BC正確。 二、非選擇題 7.產(chǎn)生聚變的條件是________,我們往往采用________的方法來滿足上述條件,這種反應(yīng)叫做________,太陽每秒鐘輻射出來的能量約為3.81026J,就是從________反應(yīng)中產(chǎn)生的,太陽內(nèi)部時刻進(jìn)行著4個質(zhì)子結(jié)合成一個氦核的反應(yīng),試寫出核反應(yīng)方程____________。 答案:使輕核之間的距離減小到10-15m 把它們的溫度加熱到很高 熱核反應(yīng) 熱核 4H―→He+2e 8.(湛江市xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)把氫核聚變反應(yīng)簡化為4個氫核(H)聚變成氦核(He),同時放出2個正電子(e)和2個中微子(ν0),已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.0073u,氦核質(zhì)量mα=4.0015u,電子質(zhì)量me=0.00055u,原子質(zhì)量單位:1u=1.66056610-27kg,真空中光速c=3.0108m/s。 (1)寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程; (2)計(jì)算一次核反應(yīng)釋放多少焦耳的能量。 答案:(1)4H→He+2e+2ν0 (2)410-12J 解析:(1)聚變反應(yīng)方程為:4H→He+2e+2ν0 質(zhì)量虧損為:Δm=4mp-mα-2me 釋放的能量為ΔE=Δmc2=410-12J 能力提升 一、選擇題(1~3題為單選題,4~6題為多選題) 1.如圖所示,托卡馬克(tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置,這個詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的頭兩個字母以及kotushka(線圈)的第一個字母組成的縮寫詞。根據(jù)以上信息,下列判斷中錯誤的是( ) A.這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變,同時釋放出大量的能量和太陽發(fā)光的原理類似 B.線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)而不溢出 C.這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案 D.該裝置是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束 答案:D 解析:聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變,放出能量,故A對;線圈通電時產(chǎn)生磁場,帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不溢出,故B對,該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案是磁約束裝置,另一種方案是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束,故C對D錯。 2.一個質(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。下列說法正確的是( ) A.核反應(yīng)方程是H+n→H+γ B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3 C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c2 D.γ光子的波長λ= 答案:B 解析:H+n→H+γ,選項(xiàng)A錯誤;由題可知,該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm=m1+m2-m3,選項(xiàng)B正確;根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2得,該反應(yīng)輻射出的γ光子的能量為E=(m1+m2-m3)c2,選項(xiàng)C錯誤;由E=hν=h得,λ=,選項(xiàng)D錯誤。 3.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K-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中,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介子的軌跡未畫出,由此可知π-的動量大小與π0的動量大小之比為( ) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6 答案:C 解析:由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動規(guī)律知: 軌道半徑R==∝p 所以== 即pπ-=pk- 又由動量守恒定律pk-=pπ0-pπ- 得pπ0=pk-+pπ-=pk- 所以= 4.已知π+介子、π-介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的,它們帶電量如下表所示,表中e為元電荷。 π+ π- u d 帶電量 +e -e +e -e -e +e 下列說法正確的是( ) A.π+由u和組成 B.π+由d和組成 C.π-由u和組成 D.π-由d和組成 答案:AD 解析:根據(jù)題目所給圖表可以知道各種粒子的帶電量,由電荷守恒定律可得A、D正確,B、C錯誤。 5.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12.000 0u,He原子的質(zhì)量是4.002 6u,已知1u=1.6610-27kg,則( ) A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=0.007 8u B.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.2910-29kg C.反應(yīng)過程中放出的能量是7.266MeV D.反應(yīng)過程中放出的能量是1.1610-19J 答案:ABC 解析:其反應(yīng)方程是3He→C。 其質(zhì)量虧損為Δm=(34.0026-12.0000)u=0.0078u,A項(xiàng)對;Δm=0.00781.6610-27kg=1.2910-29kg,B項(xiàng)對;ΔE=0.0078931.5MeV=7.266MeV,C項(xiàng)對;ΔE=7.2661061.610-19J=1.1610-12J,D項(xiàng)錯。 6.據(jù)新華社報道,由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是( ) A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H+H―→He+n B.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U+n―→Ba+Kr+3n C.“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE=Δmc2 D.“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是E=mc2 答案:AC 解析:“人造太陽”是全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(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錯誤。核能大小的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯誤。 二、非選擇題 7.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。 p+C―→N N―→C+e++ν p+C―→N p+N―→O O―→N+e++ν p+N―→C+α 其中p為質(zhì)子,α為α粒子,e+為正電子,ν為中微子,已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp=1.672 64810-27kg,α粒子的質(zhì)量為mα=6.644 92910-27kg, 正電子的質(zhì)量為me=9.1110-31kg,中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì),真空中的光速c=3.00108m/s,試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。 答案: 3.9510-12J 解析:為求出系列反應(yīng)后釋放的能量,將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加,消去兩側(cè)相同的項(xiàng),系統(tǒng)反應(yīng)最終等效為 4p―→α+2e++2ν 設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q,根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得 4mpc2=mαc2+2mec2+Q 代入數(shù)值可得 Q=3.9510-12J- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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