高中物理人教版选修3-5 作业 第十九章 7 8　粒子和宇宙 Word版含解析

[A组　素养达标]
1．(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
B．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
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．反粒子带等量异种电荷，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．
答案：ACD
2．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．氘核、氚核、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结合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此B、C、D的产生都在A之后，故A正确，B、C、D错误．
答案：A
3．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下列判断正确的是
(　　)
A．裂变和聚变过程中都有质量亏损
B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加
C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损
D．裂变、聚变过程中质量都增加
解析：人类利用原子能的主要途径是重核裂变和轻核聚变，在这两个过程中有原子能释放，由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可知，在获取能量的同时，质量是减少的，也就是发生质量亏损．所以A选项正确．
答案：A
4．(多选)核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富．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(m1－m3－m4)c2
D．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：由核反应方程知2H→He＋X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C均错误，B、D正确．
答案：BD
5．(多选)如图所示，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
(　　)
A．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
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；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：ABD
6．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是H＋H→He＋n，已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为(　　)
A．3.7 MeV　　　　　　 B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：氘核聚变反应的质量亏损Δm＝2m氘－m氦－mn＝0.003 5 u，则该反应释放的核能为ΔE＝Δm×931 MeV≈3.3 MeV，选项B正确．
答案：B
7．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是(　　)
A．要使聚变产生，必须克服核力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应
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：轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度的高温下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．
答案：BCD
8．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子H轰出静止的X，生成两个动能均为8.9 MeV的He.(1 MeV＝1.6×10－13 J)
(1)上述核反应方程为__________________．
(2)质量亏损为________kg.
解析：(1)据核电荷数及质量数守恒，可得X为Li，核反应方程为Li＋H→2He.
(2)根据能量守恒定律，核反应释放的能量即系统动能的增加量，为
ΔE＝2×8.9 MeV－0.5 MeV＝17.3 MeV，
由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，
得亏损的质量为
Δm＝＝ kg
≈3.08×10－29 kg.
答案：(1)Li＋H→2He　(2)3.08×10－29
[B组　素养提升]
9.(多选)2018年12月8日在西昌卫星发射中心成功发射的“嫦娥四号”探测器是世界首颗在月球背面软着陆和巡视探测的航天器，主要任务是更加全面地科学探测月球地质、资源等信息．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于He，下列说法正确的是(　　)
A.He的原子核内有三个中子两个质子
B.He的原子核内有一个中子两个质子
C.He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D.He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
解析：He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．
答案：BC
10．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H＋C→N＋Q1，H＋N→C＋X＋Q2，方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是(　　)
原子核
H
He
He
C
N
N
质量/u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
A.X是He, Q2>Q1 B．X是He, Q2>Q1
C．X是He, Q2解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可得X是He，第一个核反应质量亏损少，根据质能方程得放出的能量少，故B正确．
答案：B
11．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．(已知煤的燃烧值q＝3.36×107 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,1 MeV＝1.6×10－13 J)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？
解析：(1)核反应方程为4H→He＋2e，
所以Δm＝4mH－mHe－2me
＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u
＝0.029 961 u，
ΔE＝Δmc2＝0.029 961×931.5 MeV≈27.91 MeV≈4.47×10－12 J.
(2)1 g氢完全聚变释放的能量为
E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J
≈6.73×1011 J.
(3)相当于煤完全燃烧的质量为
m＝ kg≈2.00×104 kg.
答案：(1)4.47×10－12 J　(2)6.73×1011 J
(3)2.00×104 kg
[C组　学霸冲刺]
12．已知氘核的质量为2.013 6 u，中子的质量为1.008 7 u，He的质量为3.015 0 u.
(1)试写出两个氘核聚变生成He的核反应方程；
(2)计算上述反应中释放的核能；
(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He核和中子的动能各是多少？
解析：(1)H＋H→He＋n.
(2)核反应中质量亏损
Δm＝2.013 6 u×2－(3.015 0 u＋1.008 7 u)
＝0.003 5 u
释放的核能
ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV.
(3)设He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得
m1v1－m2v2＝0
Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE
解方程组可得
Ek1＝(2Ek0＋ΔE)
＝×(2×0.35＋3.26) MeV＝0.99 MeV
Ek2＝×(2Ek0＋ΔE)
＝×(2×0.35＋3.26) MeV＝2.97 MeV.
答案：(1)H＋H→He＋n　(2)3.26 MeV
(3)0.99 MeV　2.97 MeV