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1、7 核聚变 8 粒子和宇宙 (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
2、【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对；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()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
3、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()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或E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或，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
4、发生聚变，必须使它们的距离达到1015 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如图1971所示，托卡马克(Tokamak) 是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词根据以上信息，下述判断中可能正确的是()图
5、1971A这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似B线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行E这种装置是利用电场来约束带电粒子的【解析】聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B正确，E错误；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故C错误；该装置使人们可以在实验中控制反应速度，平稳释放核能，故D正确【答案】ABD7“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”
6、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H核和e构成的【答案】反质子正电子8如下一系列核反应是恒星内部发生的p1C1N1N1Cep1C1N p1N1O1O1Ne p1N1C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mp1.672 6481027 kg，粒子的质量为m6.644 9291027 kg，正电子的质量为me9.111031kg，中微子的质量可忽略不计真空中的光速c3.00108 m/s，试计算该系
7、列反应完成后释放的能量【解析】为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p2e2设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2mc22mec2Q代入数值可得Q3.951012 J.【答案】3.951012 J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
8、其丰富已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He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He所产生的另一个粒子是质子 B两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1m3m4)c2D两个氘核聚变成一个He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2HHeX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】BDE10K介子衰变的方程为K0，其中
9、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1981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R与R之比为21，0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1981【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21，规定K的方向为正方向，由动量守恒定律得：ppp0，所以p03p.【答案】1311已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He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He并放出一
10、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，He的质量可以认为是中子的3倍)(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? 【导学号：66390059】【解析】(1)核反应方程为：HHHen(2)质量亏损为：m2.013 62 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能为：Emc20.003 5931.5 MeV3.26 MeV(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前
11、每个氘核的动能是E0，反应后中子和He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1m2v20，3，E21.04 MeV由能量的转化和守恒定律，得E1E22E0E，E00.45 MeV.【答案】(1)HHHen(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q3.36107 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) 【导学号：66390060】【解析】(1)核反应方程为：4HHe2e，所以m4mHmHe2me41.008 142 u4.001 509 u20.000 549 u0.029 961 uE0.029 961931.5 MeV27.91 MeV4.471012 J.(2)1 g氢完全聚变释放的能量为E6.0210234.471012 J6.731011 J(3)相当于煤完全燃烧的质量为：m kg2.00104 kg.【答案】(1)4.471012 J(2)6.731011 J(3)2.00104 kg
