高中物理人教版 选修3－5第十九章 核聚变+粒子和宇宙+测试题 Word版含答案
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| 名称 | 高中物理人教版 选修3－5第十九章 核聚变+粒子和宇宙+测试题 Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 41.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-04-18 14:19:48 | ||
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文档简介
三十六） 核聚变 粒子和宇宙
一、单项选择题
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开尔文以上的高温
D．用γ光子照射
解析：选C 轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温，使核子间的距离达到10－15 m以内，核力可以发生作用，选项C正确。
2．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应。核反应方程是4H―→He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
解析：选D 由质量数守恒和电荷数守恒知：X为 e，A、B错误；该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，C错误；ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，D正确。
3．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(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，下列有关说法正确的是( )
A．这种装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1－m2－m3－m4)c2
D．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：选A 核反应方程为H＋H→He＋n，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ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项B、C错误；可控热核反应原理为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D错误。
4．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：选A 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，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，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，B、C、D的产生都在A之后，因此A正确。
5．为了探究宇宙起源，“阿尔法磁谱仪(AMS)”将在太空中寻找“反物质”，所谓“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，但电荷的符号相反，则反氢原子是( )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
解析：选B 反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成，故B正确。
二、多项选择题
6．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开尔文的高温，因此聚变又叫热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，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：选ABCD 聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15 m，必须克服库仑斥力做功，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开尔文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。
7．科学家发现月球上含有丰富的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He＋He→2H＋He。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：选BC 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。目前核电站都采用铀核的裂变反应发电。综上所述，选项B、C正确。
8．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
解析：选AC H＋H→He＋n是核聚变反应，A对，B错；C、D选项中都是核裂变反应，C对，D错。
三、非选择题
9．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为：H＋H ―→He＋n，其中氘核的质量为2.013 6 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u。(1 u＝931.5 MeV/c2)求：
(1)核反应中释放的核能；
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。
解析：(1)核反应中的质量亏损Δm＝2mH－mHe－mn。
由ΔE＝Δmc2可知释放的核能
ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2
≈3.26 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程中系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大、反向，反应前后系统的总动量为零，即
mHevHe－mnvn＝0
反应前后系统的总能量守恒，即
mHev＋mnv＝ΔE＋ΔEkH
又因为mHe∶mn＝3∶1，所以
vHe∶vn＝1∶3
由以上各式代入已知数据解得
Ekn＝2.97 MeV，EkHe＝0.99 MeV。
答案：(1)3.26 MeV (2)2.97 MeV 0.99 MeV
一、单项选择题
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开尔文以上的高温
D．用γ光子照射
解析：选C 轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温，使核子间的距离达到10－15 m以内，核力可以发生作用，选项C正确。
2．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应。核反应方程是4H―→He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
解析：选D 由质量数守恒和电荷数守恒知：X为 e，A、B错误；该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，C错误；ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，D正确。
3．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(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，下列有关说法正确的是( )
A．这种装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1－m2－m3－m4)c2
D．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：选A 核反应方程为H＋H→He＋n，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ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项B、C错误；可控热核反应原理为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D错误。
4．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：选A 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，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，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，B、C、D的产生都在A之后，因此A正确。
5．为了探究宇宙起源，“阿尔法磁谱仪(AMS)”将在太空中寻找“反物质”，所谓“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，但电荷的符号相反，则反氢原子是( )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
解析：选B 反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成，故B正确。
二、多项选择题
6．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开尔文的高温，因此聚变又叫热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，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：选ABCD 聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15 m，必须克服库仑斥力做功，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开尔文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。
7．科学家发现月球上含有丰富的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He＋He→2H＋He。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：选BC 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。目前核电站都采用铀核的裂变反应发电。综上所述，选项B、C正确。
8．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
解析：选AC H＋H→He＋n是核聚变反应，A对，B错；C、D选项中都是核裂变反应，C对，D错。
三、非选择题
9．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为：H＋H ―→He＋n，其中氘核的质量为2.013 6 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u。(1 u＝931.5 MeV/c2)求：
(1)核反应中释放的核能；
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。
解析：(1)核反应中的质量亏损Δm＝2mH－mHe－mn。
由ΔE＝Δmc2可知释放的核能
ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2
≈3.26 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程中系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大、反向，反应前后系统的总动量为零，即
mHevHe－mnvn＝0
反应前后系统的总能量守恒，即
mHev＋mnv＝ΔE＋ΔEkH
又因为mHe∶mn＝3∶1，所以
vHe∶vn＝1∶3
由以上各式代入已知数据解得
Ekn＝2.97 MeV，EkHe＝0.99 MeV。
答案：(1)3.26 MeV (2)2.97 MeV 0.99 MeV