高中物理第3章原子核6核聚变7粒子物理学简介(选学)学业分层测评教科版选修3-5.pdf

精品教案可编辑核聚变 粒子物理学简介(选学)(建议用时：45 分钟)学业达标 1关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是()A许多粒子都有自己的反粒子B把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系C质子属于强子D光子属于轻子E子的质量比核子的质量大，因此它属于强子【解析】根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C 正确；光子属媒介子，子属于轻子【答案】ABC2下列说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应B核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，反应时放出能量C轻核聚变比裂变更为安全、清洁D强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子E媒介子是传递各种相互作用的粒子，胶子传递强相互作用【解析】聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故 A 错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C 正确；质子是最早发现的强子，故D错；根据粒子相互作用的关系知E 是正确的【答案】BCE3重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是()精品教案可编辑A裂变过程质量增加B裂变过程质量亏损C裂变过程和聚变过程都有质量增加D聚变过程有质量亏损E两种核反应都释放出巨大的能量【解析】重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损【答案】BDE4下列所述正确的是()【导学号：11010054】A强子是参与强相互作用的粒子B轻子是不参与强相互作用的粒子C目前发现的轻子只有8 种D夸克有6 种，它们带的电荷量分别为元电荷的23或13E光子是传递弱相互作用的粒子【解析】由三类粒子的特性可知A、B 正确，E 错误；而目前发现的轻子只有6 种，C 错误；夸克模型经过几十年的发展，已知夸克有6 种，它们带的电荷分别为元电荷的23或13，D 正确【答案】ABD5关于核聚变，以下说法正确的是()A与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10 15 m 以内，核力才能起作用D地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核精品教案可编辑E核聚变比核裂变更易控制【解析】与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理但核聚变不易控制，其发电还没有投入实际运行，所以B、E项是不正确的【答案】ACD6能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的是()A.31H21H42He 10n 是核聚变反应B.31H21H42He 10n 是 衰变C.235 92U10n144 56Ba8936Kr 310n 是核裂变反应D.235 92U10n140 54Xe9438Sr210n 是 衰变E.10n63Li42He 31H 是原子核的人工转变反应【解析】31H21H42He 10n 是轻核聚变反应，A 正确，B 错误；235 92U10n144 56Ba8936Kr 310n 和235 92U10n140 54Xe9438Sr210n 均为重核裂变反应，C 正确，D 错误；10n63Li42He 31H 是用人工方法获得轻核聚变燃料的人工转变反应，E正确【答案】ACE7“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是由1 个带负电荷的_ 和 1 个带正电荷的 _ 构成【解析】根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷因此反氢原子是由11H 核和01e 构成的【答案】反质子正电子8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，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.精品教案可编辑粒子udud带电荷量ee2e3e32e3e3由此可知 由_ 和_ 组成，由 _ 和_ 组成【解析】因 介子带有e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克 u 带23e和反夸克d 带13e合成电荷量为e，那么 介子就是由夸克u 和反夸克d 组成的；同理，介子由夸克d 和反夸克u 组成【答案】u dd u能力提升 9我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了 EAST 装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1 亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He 的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是质子B两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子C两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m1m3m4)c2D两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m1m3m2)c2E与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性【解析】由核反应方程221H32He 10X 知 X 应为中子，释放的核能应为E(2m1m3m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故 A、C 错误，B、D、E正确【答案】BDE精品教案可编辑10 K介子衰变的方程为K0，其中 K介子和 介子所带负电的电荷量为元电荷，0介子不带电 如图 3-6-2所示的 1 个 K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它的半径RK与R之比为 2 1，0介子的轨迹未画出，由此可知，的动量大小与0的动量大小之比为_.图 3-6-2【解析】根据洛伦兹力提供向心力知，qvBmv2/R，故有pmvqBR，所以 K与 的动量大小之比为2 1，规定 K的方向为正方向，由动量守恒定律得：pKpp0，所以p0 3p.【答案】1311 已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，32He 核的质量为3.015 0 u 两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成32He 并放出一个中子，释放的核能全部转化为机械能(质量亏损为 1 u 时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，32He 的质量可以认为是中子的 3 倍)【导学号：11010055】(1)写出该核反应的反应方程式；(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?【解析】(1)核反应方程为：21H21H32He 10n.(2)质量亏损为：m 2.013 6 2 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能为：E 0.003 5 931.5 MeV3.26 MeV.精品教案可编辑(3)设中子和32He 核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和32He 核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1m2v20，E1E2p22m1p22m2m2m13，E2E131.04 MeV由能量的转化和守恒定律，得E1E22E0E，E00.45 MeV.【答案】(1)21H21H32He 10n(2)3.26 MeV(3)0.45 MeV12 有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子求：(1)该聚变反应释放多少能量？(2)若 1 g 氢完全聚变，能释放多少能量？(3)1 g 氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q 3.36 107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u)【解析】(1)核反应方程为：411H42He 201e，所以m4mHmHe 2me4 1.008 142 u4.001 509 u 2 0.000 549 u0.029 961 uE 0.029 961 931.5 MeV27.91 MeV 4.47 1012 J.(2)1 g 氢完全聚变释放的能量为E14 6.02 1023 4.47 1012 J 6.73 1011 J(3)相当于煤完全燃烧的质量为：m6.73 10113.36 107kg 2.00 104 kg.【答案】(1)4.47 10 12 J(2)6.73 1011 J(3)2.00 104 kg