第一部分 第四章 第六、七节
基础达标
1．(2019年潍坊期中)麻省理工学院要建人类史上第一个可控核聚变发电站．该发电站的核反应方程可能是( )
A．H＋H→He＋n
B．U→Th＋He
C．U＋n→Kr＋Ba＋3n
D．N＋He→O＋H
【答案】A
【解析】A为轻核聚变的反应方程；B为α衰变，不是核聚变反应；C为重核裂变，不是核聚变反应；D为α粒子轰击氮核得到质子的核反应，不是核聚变反应．
2．一个铀235吸收一个中子后发生的反应方程式是U＋n→Xe＋Sr＋10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M)c2
【答案】C
【解析】铀235裂变时的质量亏损Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，
由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－m1－m2－9m)c2.
3．(2019年上海名校月考)核反应堆是人工控制链式反应速度，并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：(1)铀棒；(2)控制棒；(3)减速剂；(4)冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是( )
A．使中子减速，维持链式反应的进行
B．吸收中子，控制链式反应的速度
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高
D．控制铀的体积不要超过临界体积
【答案】B
【解析】控制棒是用含有金属铪、铟、银、镉等材料做成的，可以有效吸收反应堆中的中子．中子越多，核反应越剧烈，故核反应堆就像一堆火一样，要想让核燃料的“火势”减弱或加强，可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现，插入得越深，“吃”掉的中子越多，拔出得越高，产生的中子越多．要想关闭核反应堆，只需把足够量的控制棒插入到核反应堆里即可．
4．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶．中微子可以将一个氯核转变为一个氩核和一个电子，其核反应方程式为νe＋Cl→Ar＋e.已知Cl核的质量为36.956 58 u，Ar核的质量为36.956 91 u，e的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( )
A．0.82 MeV
B．0.31 MeV
C．1.33 MeV
D．0.51 MeV
【答案】A
【解析】核反应过程中，反应前的能量应大于或等于反应后的能量．质量关系为mνe＋mCl≥mAr＋me，得mνe≥0.000 88 u．则电子中微子的最小能量应为0.000 88 u×931.5 MeV/u＝0.82 MeV，故A正确．
5．(多选)下列所述正确的是( )
A．原子是组成物质的不可再分的最小微粒
B．原子是最大的微粒
C．原子由原子核和核外电子构成，质子和中子组成了原子核
D．质子、中子本身也是复合粒子，它们也有着自己复杂的结构
【答案】CD
6．(多选)2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯坦对科学的贡献．爱因斯坦对物理学的贡献有( )
A．创立“相对论”
B．发现“X射线”
C．提出“光子说”
D．建立“原子核式模型”
【答案】AC
【解析】爱因斯坦提出了“光子说”，解释了光电效应现象，创立了相对论．
7．(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )
A．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D．既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能
【答案】AC
【解析】目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错．
能力提升
8．(多选)中国国际核聚变能源计划执行中心通过与有关国家广泛合作，未来30年到50年将可能建成民用电站．下列有关核聚变的说法中正确是( )
A．核聚变的反应方程式可以是H＋H→He＋n
B．聚变反应不必在很高的温度下进行
C．聚变时所释放的核能大小的计算公式是E＝mv2
D．在消耗相同质量的核燃料时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多
【答案】AD
【解析】核聚变反应是用氘和氚作为原料，在高温下进行的，故A选项正确；核能大小的计算公式应是ΔE＝Δmc2，故C选项错误；在聚变反应中，平均每个核子放出的能量比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，故在消耗相同质量的核燃料时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多，D选项正确．
9．(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷.
粒子
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
＋e
－e
－e
＋e
下列说法正确的是( )
A．π＋由u和组成
B．π＋由d和组成
C．π－由u和组成
D．π－由d和组成
【答案】AD
10．原子反应堆的功率为104 kW,1 h消耗核燃料为8.75 g．已知每个铀235裂变时放出200 MeV的核能，则该燃料中铀235所占的百分比是________．
【答案】5%
【解析】反应堆每小时耗能E＝Pt＝3.6×1010 J，
每个铀核裂变时放能
E1＝2×108×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，
每小时需铀235的质量为
m＝×235 g＝0.44 g，
而实际消耗8.75 g，所占比例为×100%＝5%.
课件37张PPT。第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙4．(多选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
【答案】BC 【解析】铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积．故上述选项B、C正确．一、反应堆
1．核反应堆是人们控制链式反应的装置．它主要由以下几部分组成：
(1)燃料：________；
(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用______、________和________作减速剂；
(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉______________的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．铀棒 石墨 重水 普通水 吸收中子强 2．工作原理：核燃料________释放的能量，使反应区温度升高．
3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外____________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
4．核污染的处理：为防止__________对人体的伤害和____________对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，____________.裂变 循环流动 射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下 二、核电站、核能利用
1．核电站：利用反应堆工作时释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．
2．核能利用：(1)_____________，(2)_____________，(3)原子核物理实验制造各种放射性同位素．
3．核能发电的优点、缺点
优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济．
缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难．核力发电 核动力 三、小粒子与大宇宙
1．空间跨度
(1)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次________，其后逐渐诞生出星球，星系，脉冲星，超新星，黑洞，以及被称作类星体的遥远发光体等，经历150亿年演化成今天的宇宙世界．
(2)人类所能研究的物质世界的空间尺度：约为________到________，共跨越了约42个数量级．大爆炸 10－15 m 1027 m
2．时间跨度
(1)宇宙的年龄的数量级：________.
(2)微观粒子的最短寿命：________.
(3)物质世界的时间尺度：约从10－25 s到1018 s，跨越了将近________个数量级．1018 s 10－25 s 43 如何使反应生成的快中子变为慢中子？
【答案】裂变产生的中子是速度很大的快中子，快中子通过减速剂时跟慢化剂中的原子核碰撞，中子能量减小，变为慢中子，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水(也叫轻水)．1．原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来．核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．现在世界上已有不少国家建有核电站，我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现代化的建设提供能源保障．核反应堆2．核反应堆——核电站的心脏
裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：
【题后反思】(1)中子与靶核碰撞过程中满足动量守恒、能量守恒．
(2)因为靶核的质量大于中子的质量，故只有靶核的质量比中子的质量大得越少，减速效果越好，如质量相等时可以使中子的速度为零．1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
【答案】C
【解析】控制核反应的速度是靠调节中子数目来实现，即用镉棒吸收中子改变中子数目．原子弹和核电站都是重核裂变，一方面核武器严重地威胁着人类的安全；另一方面，人们积极地把核能应用到为人类造福的研究中．怎样能够引起重核裂变呢？又怎样进行控制呢？
原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来．核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．原子弹和核电站的工作原理铀235裂变需要一定的条件：(1)要有足够浓度的铀235；(2)要有足够数量的慢中子；(3)铀块的体积要大于临界体积．当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应．原子弹中裂变一旦开始，裂变放出的快中子，又引起其他铀核裂变速度很快，在极短的时间内释放大量的能量，因此杀伤力强大．
在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆的示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成．石墨(或重水)为减速剂，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围．镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反应速度变快．反应速度加快．采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作．
(2)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线危害人体和污染环境，需采用哪些措施？(举两种)宏观世界和微观世界之间存在着巨大的差异，从空间范围来讲，宏观世界已扩展到现代天文学观测所能探及的约1027 m之外的宇宙深处；微观世界则已深入到约10－19 m之外的夸克和轻子，从时间范围来讲，宏观世界的“寿命”至少不少于150亿年；微观世界中的粒子寿命有的长10亿年，而有的却短到仅10－23 s．这两个在空间上和时间上有“天壤之别”的世界之间，却存在着千丝万缕的联系．小粒子和大宇宙
要真正理解我们的宇宙，就必须从研究极微小的粒子开始，看看那里都发生了些什么情况，然后再来遥望整个宇宙，因为宏观世界的许多基本问题往往可在对微观世界的研究中得到解决．其实，任何关于其中一个世界的新知识，都可以促进人们对另一个世界的了解．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1个u夸克和1个d夸克组成
解析：质子带一个单位的正电荷，所以质子由2个u夸克和1个d夸克组成；中子不带电，所以中子由1个u夸克和2个d夸克组成．
答案：B
【题后反思】本题实际上考查电荷数守恒，抓住这一点即可突破，信息题往往考查基础知识．3．(2019年上海二模)有关宇宙的理解，下列说法中正确的是( )
A．质量越大的恒星寿命越长
B．太阳发出的光和热来自于碳、氧等物质的燃烧
C．在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高
D．由于光速有限，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去
【答案】D【解析】质量越大的恒星寿命越短，故A错误．太阳发出的光和热来自于在太阳内部进行着大规模的核聚变释放的能量，故B错误．恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低，故C错误．由于光速有限，遥远的天体发出的光线到达地球时，我们看到的是过去的宇宙射线，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去，故D正确．
