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1、7核聚变8粒子和宇宙一、A组(20分钟)1.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.用光子照射解析:轻核聚变需要几百万摄氏度以上,使核子间的距离达到10-15 m以内,核力发生作用发生聚变反应,选项C正确。答案:C2.下列关于聚变的说法中,正确的是()A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力
2、做功,选项A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的,选项B、C正确;在太阳和许多恒星内部存在着热核反应,选项D正确。答案:ABCD3.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A.夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子D.氢核、氘核、氦核等轻核解析:宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代
3、,再之后是中子和质子结合成氘核,并形成氦核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确,B、C、D的产生都在A之后,故B、C、D错误。答案:A4.国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图,如图所示。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.聚变反应会有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电解析:聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量
4、。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述,选项B、C正确。答案:BC5.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夸克带的电荷量为e,d夸克带的电荷量为-e,e为元电荷,下列论断中可能正确的是()A.质子由1个u夸克和2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2个u夸克和1个d夸克组成解析:根据质子和中子所带的电荷量,经验证:质子H带的电荷量为2e+(-e)=e中子n带的电荷
5、量为e+2(-e)=0。故B项正确。答案:B6.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称:EAST,俗称“人造太阳”)。设可控热核实验反应前氘核H)的质量为m1,氚核H)的质量为m2,反应后氦核He)的质量为m3,中子n)的质量为m4,光速为c,正确说法正确的是()A.这种装置中发生的核反应方程式是HenB.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反应放出的能量等于(m1-m2-m3-m4)c2D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同解析:核反应方程为Hen,选项A正确;反应过程中向外释放能量,故质量有亏损,且释放的能量E=mc2=(m1+m2-m
6、3-m4)c2,选项B、C错误;可控热核反应为核聚变,大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变,选项D错误。答案:A7.导学号97280121如下一系列核反应是恒星内部发生的。pN C+e+pNpON+e+pC+其中p为质子,为粒子,e+为正电子,为一种中微子。已知质子的质量为mp=1.672 64810-27 kg,粒子的质量为m=6.644 92910-27 kg,正电子的质量为me=9.1110-31 kg,中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c=3.00108 m/s,试计算该系列反应完成后释放的能量。解析:为求出系列反应完成后释放的能量,将题中所给的核反应方程左右两侧分别相加,消去两侧
7、相同的项,系列反应最终等效为4p+2e+2设反应后释放的能量为Q,根据质能关系和能量守恒得4mpc2=mc2+2mec2+Q代入数值可得Q=3.9510-12 J。答案:3.9510-12 J8.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.007 3 u,中子质量mn=1.008 7 u,氚核质量m=3.018 u。u为质量单位,1 u相当于931.5 MeV能量。(1)写出聚变方程。(2)释放出的核能有多大?(3)平均每个核子释放的能量有多大?解析:(1)聚变方程为H+H。(2)质量亏损m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3.018) u=0.006 7 u
8、。释放的核能E=mc2=0.006 7931.5 MeV6.24 MeV。(3)平均每个核子释放的能量为 MeV=2.08 MeV。答案:(1H+H(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV9.质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的,上夸克带电为e,下夸克带电为-e,e为电子所带电荷量的大小,如果质子是由三个夸克组成的,且各个夸克之间的距离都为l,l=1.510-15 m。试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)。解析:质子带+e的电荷量,故它是由2个上夸克和1个下夸克组成的,按题意,三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处,这时上夸克与下夸克之间的静电力应为Fuu=k。代入数
9、值,得Fuu=46 N,为斥力。上夸克与下夸克之间的静电力为Fud=k。代入数值,得Fud=23 N,为引力。答案:46 N23 N23 N二、B组(20分钟)1.关于粒子,下列说法中不正确的是()A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.质子、中子本身也有复杂的结构C.质子是带电的强子D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析:质子和中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,故选项A错误,选项B正确;不同的夸克组成强子,有的强子带电,有的强子不带电,质子是最早发现的带正电的强子,故选项C正确;夸克模型是研究强子的理论,不同夸克带的电荷不同,分别为元电荷的+或 -,这说明电
10、子电荷不再是电荷的最小单位,故选项D正确。答案:A2.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为N+Q1,C+X+Q2,方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量如表(u为质量单位):原子核HHHeCNN质量/u1.007 83.016 64.002 612.000 013.005 715.000 1以下推断正确的是()A.X是He,Q2Q1B.X是He,Q2Q1C.X是He,Q2Q1D.X是He,Q2m1,根据质能方程E=mc2可求解Q2Q1,故选B。答案:B3.导学号97280122一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质
11、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+B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.光子的波长=解析H+,选项A错误;由题可知,该反应的质量亏损为m=m1+m2-m3,选项B正确;根据爱因斯坦的质能方程E=mc2得,该反应辐射出的光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2,选项C错误;由E=h=h得=,选项D错误。答案:B4.利用氦3He)和氘进行的聚变安全无污染,容易控制。月球上有大量的氦3,每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就
12、是评估月壤中氦3的分布和储量。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是Hn+3.26 MeV,若有2 g氘全部发生反应,则释放的能量是(NA为阿伏加德罗常数)()A.0.53.26 MeVB.3.26 MeVC.0.5NA3.26 MeVD.NA3.26 MeV解析:2 g氘含有的原子核个数为NA,全部发生聚变时,共发生0.5NA次聚变,所以释放的能量为0.5NA3.26 MeV,故选项C正确。答案:C5.衰变和聚变发生的过程中都会释放核能。请根据相关知识解决下列问题:(1)已知氚核的质量是3.016 050 u,质子的质量是1.007 277 u,中子的质量是1.008 665
13、u,求核子结合成氘核时释放的核能(1 u=1.6610-27 kg);(2)静止的原子核X发生衰变时,放出的能量都转变成了粒子和新核的动能,若测得粒子动能为E,则新原子核的动能为多少?衰变中质量亏损是多少?解析:(1)核反应方程为H+H质量亏损为m=(1.007 277+21.008 665)-3.016 050 u=0.008 557 u又因1 u=1.6610-27 kg,则E=mc2=0.008 5571.6610-27(3.0108)2 J1.2810-12 J。(2)衰变方程为He,由E=得粒子的速度v1=由动量守恒定律得mv2=mv1v2=v1=新核的动能为E=原子核衰变放出的能量为E=E+E=E+E由质能方程E=mc2得m=。答案:(1)1.2810-12 J(2)
