2019高中物理第十九章课时7核聚变粒子和宇宙（对点练巩固练）（含解析）新人教版 6页

课时7　核聚变粒子和宇宙一、选择题1．2015年7月3日，从日本名古屋飞往檀香山的全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”降落在美国夏威夷州首府檀香山的机场。太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万摄氏度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的(　　)A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应答案　D解析　太阳的内部时刻都在进行着氢核的聚变，即热核反应，故D正确。2．发生轻核聚变的方法是(　　)A．用中子轰击B．保持室温环境，增大压强C．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温D．用γ光子照射答案　C解析　轻核聚变反应时核子之间距离达到10－15m，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，用中子轰击，γ光子照射和保持室温、增大压强都达不到，故A、B、D错误；当把物质加热到几百万摄氏度的高温时，一部分原子核具有足够的动能克服库仑斥力撞到一起发生核聚变反应，故C正确。3．宇宙诞生过程中，产生如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、氦核的混合电离气体；⑥电子、质子复合成为中性氢原子。根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是(　　)A．①②③④⑤⑥B．③①④②⑤⑥C．③④①②⑤⑥D．①③④②⑥⑤答案　C解析　根据宇宙大爆炸理论，宇宙形成之初是粒子家族，其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子，然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化，故C正确。4．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可以表示为6H→kHe＋dH＋2n＋43.15MeV，由平衡条件可知(　　)A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3n答案　B解析　根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，解得，B正确。5．下面是一核反应方程：H＋H→He＋X。用c表示光速，则(　　)A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C．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c2D．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正确。6．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　　)A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应一定比裂变反应每个核子释放的平均能量大C．聚变反应中粒子的平均结合能变小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加答案　B解析　在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误。7．(多选)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，表述正确的有(　　)A.H＋H→He＋n是核聚变反应B.H＋H→He＋n是β衰变C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变答案　AC解析　两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A正确、B错误。重核被粒子轰击后分裂成两个中等质量的原子核的反应为核裂变反应，故C正确。原子核放出α或β粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变，故D错误。8．(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nB．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；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，对基本粒子也适用，B错误；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D正确。9．(多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是(　　)A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋nB．“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3nC．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相同答案　AC解析　H＋H→He＋n是氢核聚变方程，故A正确，B错误；根据核聚变特点，相同质量的核燃料，核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C正确，D错误。10．(多选)月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3(He)”与氘核聚变产生He，下列说法正确的是(　　)A．核反应方程为He＋H→He＋HB．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量C．氦3(He)一个核子的结合能大于氦4(He)一个核子的结合能D．氦3(He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量答案　AD解析　根据质量数守恒、电荷数守恒和已知条件可以写出核反应方程为He＋H→He＋H，故A正确；由于此核反应过程中放出能量将出现质量亏损，故B、C错误，D正确。11．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是(　　)A．核反应方程是H＋n→H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cnD．γ光子的波长λ＝答案　B解析　由质量数守恒和电荷数守恒知，质子与中子的聚变方程为H＋n→H＋γ，A错误；由题意知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错误；由E＝hν＝h得，λ＝，D错误。12.K－介子衰变的方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的粒子，π0介子不带电。一个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π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　　)A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．1∶6答案　C解析　由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：轨道半径R＝＝∝p所以＝＝即pπ－＝pK－又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－得pπ0＝pK－＋pπ－＝pK－所以＝。二、非选择题13．热核反应所用的燃料——氘(H)在地球上储量非常丰富。(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程________________。(2)若氘核的质量为m1，氦核的质量为m2n，真空中光速为c，则两个氘核聚变成一个氦核释放的能量为________。答案　(1)H＋H→He'(2)(2m1－m2)c2解析　(1)H＋H→He。(2)两个氘核聚变成一个氦核的过程中，质量亏损为Δm＝2m1－m2，所以，释放的能量为ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2)c2。14．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋________→Be＋γ。(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s。一定质量的Be，经7.8×10－16s后所剩Be占开始时的________。答案　(1)He'(2)(或12.5%)解析　(1)根据核反应方程质量数和电荷数守恒定律可知，He＋He→Be＋γ。(2)Be的半衰期为2.6×10－16s，经过7.8×10－16s后，也就是经过3个半衰期后剩余的质量为m′＝nm＝3m，所剩Be占开始时的。15．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量为mH＝1.0073u，中子质量为mn＝1.0087u，氚核质量为m＝3.0155u。(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能是多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？答案　(1)H＋2n→H'(2)8.57MeV(3)2.86MeV解析　(1)聚变方程为：H＋2n→H。(2)质量亏损为：Δm＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.0155)u＝0.0092u，释放出的核能：ΔE＝Δmc2＝0.0092×931.5MeV≈8.57MeV。(3)平均每个核子放出的能量为E＝MeV＝2.86MeV。16．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)。已知氘核质量mD＝2.0136u，氦核质量mHe＝3.0150u，中子质量mn＝1.0087u。(1)写出聚变方程并计算出释放的核能；(2)若反应前两氘核的动能均为EkD＝0.35MeVn。它们正面对心碰撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？答案　(1)2H→He＋n　3.26MeV(2)0.99MeV　2.97MeV解析　这是一道核能与动量守恒和能量守恒的综合性题目，解题中要明确能量的转化过程。(1)聚变的核反应方程为2H→He＋n。这个核反应中的质量亏损Δm＝2mD－(mHe＋mn)＝(2×2.0136－3.0150－1.0087)u＝0.0035u。释放的核能ΔE＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV。(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量守恒为零，即0＝mHevHe－mnvn。又由于反应前后总能量守恒，故反应后氦核和中子的总动能mHev＋mnv＝ΔE＋2EkD①因为＝，所以氦核和中子的速率之比为＝把这两个关系式代入①式得ΔE＋2EkD＝4·mHev＝4EkHe即(3.26＋2×0.35)MeV＝4EkHe。得氦核的动能和中子的动能分别为EkHe＝×(3.26＋2×0.35)MeV＝0.99MeV，Ekn＝3EkHe＝2.97MeV。