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1、
7 核聚變
8 粒子和宇宙
1.下列核反應(yīng)方程式中,表示核聚變過(guò)程的是( ?。?
A.P→Si+e
B.H+H→H+n
C.6C→7N+ 0-1e
D.90U→90Th+He
解析:輕核聚變是指把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,并釋放出核能的反應(yīng),所以由此可知A是衰變反應(yīng),B是輕核聚變,C是β衰變,D是α衰變,B正確.
答案:B
2.(多選)如圖所示,托卡馬克(Tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置,這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個(gè)字母以及katushka(線圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞.根據(jù)以上信息,下述判斷中可能
2、正確的是( )
A.這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變,同時(shí)釋放出大量的能量,和太陽(yáng)發(fā)光的原理類(lèi)似
B.線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不溢出
C.這種裝置同我國(guó)秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同
D.這種裝置可以控制熱核反應(yīng)速度,使聚變能緩慢而穩(wěn)定地進(jìn)行
解析:聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變,放出能量,故A項(xiàng)正確;線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用不飛出,故B項(xiàng)正確;核電站的原理是裂變,托爾馬克的原理是聚變,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;該裝置使人們可以在實(shí)驗(yàn)室控制反應(yīng)速度,平穩(wěn)釋放核能,故D項(xiàng)正確.
答案:ABD
3.一個(gè)氘核(H)與一個(gè)氚核(H)
3、發(fā)生聚變,產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核,并出現(xiàn)質(zhì)量虧損.聚變過(guò)程中( )
A.吸收能量,生成的新核是He
B.放出能量,生成的新核是He
C.吸收能量,生成的新核是He
D.放出能量,生成的新核是He
解析:聚變反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損,一定放出能量,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,生成的新核是He,選項(xiàng)B正確.
答案:B
4.已經(jīng)證實(shí),質(zhì)子、中子都是由稱(chēng)為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電為e,下夸克帶電為-e,e為電子所帶電量的大小,如果質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的,且各個(gè)夸克之間的距離都為l,l=1.510-15 m.試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力(庫(kù)侖力).
解析:質(zhì)子帶電為
4、+e,所以它是由2個(gè)上夸克和1個(gè)下夸克組成的.按題意,三個(gè)夸克必位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)處,這時(shí)上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為Fuu=k=k
代入數(shù)值解得Fuu=46 N,為斥力上、下夸克之間的靜電力F′ud=k=k
代入數(shù)值解得:F′ud=23 N,為吸引力.
答案:上夸克間靜電力F=46 N,為斥力上、下夸克間靜電力為23 N,為吸力
[A級(jí) 抓基礎(chǔ)]
1.關(guān)于粒子的分類(lèi),目前人們認(rèn)為粒子世界是由下列哪三類(lèi)粒子構(gòu)成的( ?。?
A.媒介子、夸克、強(qiáng)子 B.夸克、輕子、強(qiáng)子
C.媒介子、輕子、強(qiáng)子 D.質(zhì)子、中子、電子
解析:按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系,把粒子分
5、為三大類(lèi),即強(qiáng)子、輕子和媒介子.
答案:C
2.關(guān)于核聚變,以下說(shuō)法不正確的是( ?。?
A.與裂變相比輕核聚變輻射極少,更為安全、清潔
B.世界上已經(jīng)有利用核聚變能來(lái)發(fā)電的核電站
C.要使輕核發(fā)生聚變,必須使它們的距離達(dá)到10-15 m以?xún)?nèi),核力才能起作用
D.地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富,從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核
解析:與裂變相比,核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì):(1)安全、清潔、輻射少;(2)核燃料儲(chǔ)量多;(3)核廢料易處理.但核聚變發(fā)電還沒(méi)有投入實(shí)際運(yùn)行,所以B項(xiàng)是不正確的.
答案:B
3.關(guān)于核反應(yīng)方程:H+H→He+X.用c表示光速,則( )
A.X是質(zhì)子,
6、核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2
B.X是中子,核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2
C.X是質(zhì)子,核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和,再乘以c2
D.X是中子,核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和,再乘以c2
解析:由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律,可得X為n(中子),再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積,故D項(xiàng)正確.
答案:D
4.(多選)2006年9月28日,我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次發(fā)電,顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能,使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s,溫度超過(guò)1億
7、度,標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平.合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類(lèi)全超導(dǎo)非圓截面核聚實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方.核聚變的主要原料是氘,在海水中含量極其豐富,已知氘核的質(zhì)量為m1,中子質(zhì)量為m2,He的質(zhì)量為m3,質(zhì)子的質(zhì)量為m4,則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子
B.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子
C.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1-m3-m4)c2
D.與受控核聚變比較,現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性
解析:由核反應(yīng)方程2H―→He+X知,X應(yīng)為中子,釋放的核能ΔE=(2m1-m3-m2)
8、c2,聚變反應(yīng)的污染非常小.而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性,故A、C錯(cuò)誤,B、D正確.
答案:BD
B級(jí) 提能力
5.“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱(chēng):EAST,俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”)是我國(guó)自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置.設(shè)該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核的質(zhì)量為m1,氚核的質(zhì)量為m2,反應(yīng)后氦核的質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為m4,光速為c.下列說(shuō)法中不正確的是( )
A.這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H+H→He+n
B.由核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量守恒可知m1+m2=m3+m4
C.核反應(yīng)放出的能量等于 (m1+m2-m3-m4 )c2
D.這種裝置與我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同
解析
9、:可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H+H→He+n,故A正確;核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒,但質(zhì)量不守恒,核反應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損,因此m1+m2≠m3+m4,故B錯(cuò)誤;核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3-m4,釋放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正確;這種裝置的核反應(yīng)是核聚變,我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變,它們的核反應(yīng)原理不相同,故D正確.
答案:B
6.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的.
p+6C―→7N 7N―→6C+e++ν
p+6C―→7N p+7N―→8O
8O―→7N+e++ν P+7N―→6C+α
其中p為質(zhì)子,α為α粒
10、子,e+為正電子,ν為中微子,已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp=1.672 64810-27kg,α粒子的質(zhì)量為mα=6.644 92910-27kg, 正電子的質(zhì)量為me=9.1110-31kg,中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì),真空中的光速c=3.00108 m/s,試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量.
解析:為求出系列反應(yīng)后釋放的能量,將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加,消去兩側(cè)相同的項(xiàng),系統(tǒng)反應(yīng)最終等效為
4p―→α+2e++2ν
設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q,根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得
4mpc2=mαc2+2mec2+Q
代入數(shù)值可得Q=3.9510-12J.
答案:3.9510-12J
7
11、.太陽(yáng)和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結(jié)果,核反應(yīng)方程H+H→X+e+νc是太陽(yáng)內(nèi)部的許多核反應(yīng)中的一種,其中e為正電子,νc為中微子.
(1) 確定核反應(yīng)方程中a、b的值.
(2)在質(zhì)子與質(zhì)子達(dá)到核力作用范圍完成核聚變前必須要克服強(qiáng)大的庫(kù)侖斥力.設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m,電子質(zhì)量相對(duì)小得多可忽略,中微子質(zhì)量為零,克服庫(kù)侖力做功為W.若一個(gè)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子與一個(gè)速度為零的質(zhì)子發(fā)生上述反應(yīng),運(yùn)動(dòng)質(zhì)子速度至少多大?
解析:(1)根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)及電荷數(shù)守恒可知a=1,b=2.
(2)由動(dòng)量守恒定律可知:mv0=2mv
由能量關(guān)系可知:-W=(2m)v2-mv.
解得v0= .
答案:(1)a=1,b=2 (2)
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375