2015_2016高中物理第19章第7节核聚变练习新人教版选修3_5+2015_2016高中物理第19章第8节粒子和宇宙练习新人教版选修3_5.docx

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1、2015_2016高中物理第19章第7节核聚变练习新人教版选修3_5第7节核聚变1核聚变热核反应(1)聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，聚变伴随释放大量的核能，典型聚变的核反应方程为： (2)热核反应为了使轻核聚合，必须给它加热到很高温度(几百万度以上)，使原子核获得很大的动能，这样才能使原子核克服正电荷间巨大的库仑斥力，进入范围内，发生聚变，所以聚变反应也称热核反应，热核反应一旦发生，就不再需要外界给它们能量，而靠自身释放的能量把反应进行下去热核反应过程十分激烈，氢弹就是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳内部和许多恒星内部，温度高达以上，热核

2、反应在那里激烈地进行着，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×，就是热核反应产生的2受控热核反应(1)聚变反应和裂变反应相比之优点聚变反应产能效率高，即相同质量的核燃料，聚变比裂变反应放出的核能多聚变反应燃料丰富，即核反应所用的燃料氘，在地球上储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧300 L汽油相当核废料易处理，核反应产生的放射性废料较少，处理起来比较简单，而裂变时产生的放射性物质，处理起来比较困难(2)可控热核反应控制热核反应的难点是，地球上没有任何容器能经受如此高的温度，所以目前可控热核反应还处于探索、实验阶段目前科学家采用两种方法

3、“约束”聚变材料：磁约束和惯性约束“中国环流器一号”和“中国环流器新一号”是我国研究可控热核反应的实验装置1. 我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成第一次工程调试下列关于“人造太阳”说法正确的是(C)A“人造太阳”核聚变的核反应方程是 ，其中X是中子B“人造太阳”核聚变的核反应方程是，其中X是质子C“人造太阳”核聚变的核反应方程是，其中X是中子D“人造太阳”核聚变的核反应方程是，其中X是质子解析：处于实验阶段的核聚变都是氘核和氚核进行的核聚变反应，根据质量数与质子数守恒，从而即可求解人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，即是，根据质量数与质子数

4、守恒可知，X是，即为中子，而核反应方程，是裂变反应，其中X是中子，故C正确，ABD错误2现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为：，那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的已知42He的质量为m1，12 6C的质量为m2，则下列判断正确的是(A)解析：由于发生上述核聚变时释放核能，根据爱因斯坦质能方程，可知该反应存在质量亏损，所以，即选项A正确3. (多选)月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3()”的化学元素，将可作为地球发电燃料即利用氘和氦3发生核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量进行发电关于“氦3”与氘核聚变

5、反应，下列说法中正确的是(AD)A生成的新核是B释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少C目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应D核聚变反应需要一定条件才能发生，如高温、高压解析：根据电荷数守恒和质量数守恒写出聚变后的产物在核反应中质量数守恒轻核聚变在高温、高压下才可以发生. .故A正确；释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒故B错误；核电站普遍利用重核裂变故C错误；轻核聚变在高温、高压下才可以发生故D正确4(多选)下列说法正确的是(BD)解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现或粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子

6、核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确5下面是一核反应方程：.用c表示光速，则(D)AX是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以BX是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以CX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，再乘以DX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质量和，再乘以解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再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的乘积，故D项正确6关于核聚变，以下说法

7、不正确的是(B)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发电还没有投入实际运行所以B项是不正确的7. “质子质子”循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子()发生聚变，生成一个氘核()，生成的氘核()再与一个质子()聚变生成一个氦核()，接下来两个氦核()发生聚变，生成

8、氦的同位素()同时再产生两个质子()，这两个质子()再度发生聚变进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉对于这种“质子质子”循环发生的核反应，则下列说法正确的是(A)解析：解答本题的关键是理解书写核反应方程的原则：质量数和电荷数守恒由题意可知两个质子()发生聚变反应的产物之一为，故根据质量数和电荷数守恒可知该反应为：，故A正确，B错误；将题中叙述的几个反应结合可得：即为一个完整的“质子质子”循环核反应，故CD错误8. 太阳以“核燃烧”的方式向外界释放能量，这种燃烧过程使太阳的“体重”每秒钟减少400万吨，这里“核燃烧”是指(B)A重核裂变 B轻核聚变 C原子能级跃迁 D衰变解析：太阳内部进行

9、的轻核聚变，又称热核反应太阳以“核燃烧”的方式向外界释放能量，这种燃烧过程使太阳的“体重”每秒钟减少400万吨，这里“核燃烧”是指轻核聚变故B正确，A、C、D错误9. 下列说法中正确的是(A)A太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应B玻尔氢原子理论是依据天然放射现象分析得出的C只要有核反应发生，就一定会释放出核能D按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变解析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应；玻尔理论是在氢原子光谱现象的基础上提出的；在核反应中，可能吸收能量，可能释放能量通过电子轨道半径的变化，通过库仑引力通过向

10、心力，得出电子动能的变化，通过原子能量的变化得出电势能的变化太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应故A正确；玻尔理论是在氢原子光谱现象的基础上提出的故B错误；在核反应中，当反应前的质量大于反应后的质量，释放核能，当反应前的质量小于反应后的质量，吸收能量故C错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子能量增大，根据km，知电子动能减小，则电势能增大故D错误10假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.(1)聚变的核反应方程式是_，在聚变核反应中释放出的

11、能量为_MeV.(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为，已知各核子比结合能分别为，试求此核反应过程中释放的核能解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为：.核反应过程中的质量亏损：由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：E3.5×103×931.53.3 (MeV)(2) 分解成7个核子所需的能量为：E13×1.1124×7.07531.636 (MeV)，7个核子结合成73Li，释放的能量为：E27×5.60339.221 (MeV)，所以此核反应过程中释放的核能为：EE2E

12、139.22131.6367.585 (MeV)答案： 3.3(2)7.585 MeV11氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为： ，式中X是某种粒子已知：和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u931.5 MeV/，c是真空中的光速由上述反应方程和数据可知，粒子X是_，该反应释放出的能量为_MeV.(结果保留3位有效数字)答案：10n(或中子)17.62015_2016高中物理第19章第8节粒子和宇宙练习新人教版选修3_5第8节粒子和宇宙1“基本粒子”不基本直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最

13、小微粒，后来发现了电子、质子和中子，又认为它们是组成物质的基本粒子现在已发现粒子有400余种，有些也具有复杂的内部结构2发现新粒子(1)新粒子：20世纪30年代人们对宇宙射线的研究发现一些新粒子，人们用高能加速器进行实验发现更多新粒子，1932年发现了正电子，1937年发现了子，1947年发现了K介子和介子及以后的超子、反粒子等(2)粒子分类：按照粒子与各相互作用关系，可以将粒子分为媒介子、轻子和强子三大类强子是参与强相互作用的粒子，强子又分为介子和重子两类轻子共发现6种，分别是电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子媒介子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子等3夸克模型许多

14、事实表明，强子是有内部结构的组成强子的内部成分叫夸克夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的或每种夸克都有对应的反夸克4宇宙的演化研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论是相互沟通、相互支撑的，从大爆炸开始的不同时间里，对应的温度不同，组成宇宙的物质不相同5恒星的演化当温度降到3_000_K时，中性原子组成的宇宙尘埃在万有引力作用下，尘埃收缩凝集，引力势能转化为内能，温度升高，开始发光形成了恒星，当恒星核能耗尽时，进入末期，恒星的末期形态主要有：白矮星、中子星或黑洞1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

15、u夸克带电量为e，d夸克带电量为e，e为基元电荷下列论断可能正确的是(B)A质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成解析：原子带电量为2×ee.中子10n带电量为e2×0.2(多选)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子()而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯()溶液的巨桶，中微子可以

16、将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 .已知核的质量为36.956 58 u，核的质量为36.956 91 u，的质量为0.000 55 u，1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断(AD)A中微子不带电B中微子就是中子C和是同位素D参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确；而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而和是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m(0.000 5536.956 9136.956

17、 58)0.000 88 u，而1 u质量对应的能量为931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E931.5×0.000 880.82 (MeV)，故D项正确3关于太阳，下列说法正确的是(C)A太阳不断释放的能量来自于其内部的化学反应B太阳处在银河系中心C太阳表面温度几千度，发出白光D现在的太阳按恒星类型划分属于巨星，按恒星演化划分处在诞生期解析：太阳内部进行的是热核反应；太阳位于太阳系的中心，太阳现在处于壮年太阳内部进行的是热核反应故A错误；太阳系不是处于银河系的中心，处于太阳系的中心故B错误；太阳表面温度约几千度，发出白光故C正确；太阳已经稳定燃烧了50亿年，目前它正处于壮年，要

18、再过50亿年才会燃尽自己的核燃料故D错误4一颗恒星的寿命取决于它的(B)A光度 B质量C直径 D温度解析： 恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈5每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将(A)A向东偏转 B向南偏转C向西偏转 D向北偏转解析：赤道附近的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦

19、兹力，故它向东偏转，A正确6“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并放出一个中微子的过程中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子下列关于该过程的说法正确的是(AB)A母核的质量数等于子核的质量数B母核的电荷数大于子核的电荷数C子核的动量大小等于中微子的动量大小D子核的动能大于中微子的动能7. (多选)据报道，最近科学家发现一个遥远的太阳系“孪生”星系，该星系中有一颗距地球5 000

20、光年、体积是太阳一半体积的恒星“OGLE2006BLG109L”，恒星的周围有两颗非常类似于木星和土星的行星环绕若两颗行星环绕恒星的运动可视为匀速圆周运动，已知引力常量G，并测出了某颗行星的轨道半径r和运行周期T，仅利用这三个数据，可推算出(AD)A恒星的质量B该行星的质量C恒星表面的重力加速度D该行星绕恒星运行速度的大小解析：根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力表示选项中的物理量，看是否表达式中都是已知量以某行星为研究对象，根据万有引力提供向心力：，行星的质量约掉不能求出，故A正确B错误；以恒星表面的物体为研究对象，万有引力等于重力：mg，得g，不知道恒星的半径，故无法计算重力加速度，C

21、错误；以某行星为研究对象，根据万有引力提供向心力：，由A知恒星的质量M可求出，则运行速度v可以计算出，D正确8下列关于恒星的叙述，不正确的是(B)A恒星根据体积从大到小依次是超巨星、巨星、中型星、白矮星、中子星B恒星表面颜色越红，说明它的温度越高C恒星的组成成分可以通过光谱分析得出D恒星的质量可以通过万有引力计算天体运动得出解析：恒星根据体积从大到小依次是超巨星、巨星、中型星、白矮星、中子星，故A正确；恒星表面颜色越红，说明它的温度越低，故B错误；恒星的组成成分可以通过光谱分析得出，故C正确；根据天体做圆周运动，由万有引力提供向心力可以计算恒星的质量故D正确9. (多选)有关恒星下列说法正确的

22、是(AC)A一颗恒星的寿命取决于它的质量B质量大的恒星可用以燃烧的核燃料较多，因此它们的寿命比较长C当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星D巨星和超巨星不可能爆炸成为超新星解析：恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故A正确，B错误；当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星，故C正确；巨星和超巨星可能爆炸成为超新星，故D错误10我们观察到的恒星有超巨星、巨星、中型星、_星和中子星利用恒星质量和寿命图，如图所示，估计一颗质量为太阳0.6倍的恒星能存在_年解析：根据恒星演化的顺序填写；题中图象反映了恒星的寿命与太阳质量的比值与恒星寿命的关系，太阳质量作为定值，即可分析恒星的寿命与其质量的关系我们观察到的恒星有超巨星、巨星、中型星、白矮星和中子星利用恒星质量和寿命图得一颗质量为太阳0.6倍的恒星对应纵轴的数值是140亿年答案：白矮140亿14