【高二】人教版物理选修3-5原子核练习题及答案解析 份）双基限时练20.docx

双基限时练(二十)　核聚变、粒子和宇宙
1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　　)
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的比结合能小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
解析　在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A选项错误，B正确；由于聚变反应中释放巨大的能量则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D选项错误．
答案　B
2．关于核能的利用，下列说法正确的是(　　)
A．现在的核电站既有裂变反应堆，也有聚变反应堆
B．在地球上，人类还无法实现聚变反应
C．当人类实现了“受控核聚变”稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”
D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能
解析　现在的核电站均为重核裂变反应堆，而聚变反应现在还不能实现大规模的受控热核反应，由于地球上储备了大量的聚变材料，一旦实现了受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C选项正确．
答案　C
3．重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两种主要方法，下面关于它们的说法正确的是(　　)
A．裂变和聚变都有质量亏损
B．裂变过程有质量亏损，聚变过程有质量增加
C．裂变过程有质量增加，聚变过程有质量亏损
D．裂变和聚变过程质量都有所增加
答案　A
4．科学家发现在月球上含有丰富的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．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
解析　聚变反应发生了质量亏损，释放出巨大的能量，产生了新的原子核，故A、C选项错误，B选项正确；目前核电站采用的是裂变反应，而不是聚变反应，故D选项错误．
答案　B
5．关于粒子下列说法正确的是(　　)
A．电子、质子、中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．强子都是带电的粒子
C．夸克模型是探索三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析　由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成不同的强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B选项错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为±e和±，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错误，D正确．
答案　D
6．(多选题)下列说法正确的是(　　)[来源:Z#xx#k.Com]
A.N＋H―→C＋He是α衰变方程
B.H＋H―→He＋γ是核聚变反应方程
C.U―→Th＋He是核裂变反应方程
D.He＋Al―→P＋n是原子核的人工转变方程
解析　A、D反应是原子核的人工转变，B反应是为聚变反应，C为原子核的衰变，故B、D选项正确．
答案　BD
7．氘和氚发生聚变反应的方程式是H＋H→He＋n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，NA为阿伏加德罗常数，则释放的能量是(　　)
A．NA×17.6 MeV　　　　　 B．5NA×17.6 MeV
C．2NA×17.6 MeV D．3NA×17.6 MeV
答案　A新*课*标*第*一*网
8．(多选题)关于聚变反应下列说法中正确的是(　　)
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摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应
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进行激烈的热核反应
答案　ABCD
9．(多选题)如图是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(　　)

A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量
B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量
C．将原子核A分解为原子核B、C一定释放能量
D．将原子核D、E结合成原子核F一定释放能量
9．K－介子衰变的方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个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π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切如图所示，它们的半径RK－与Rπ－之比为21.π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　　)

A．1:1 B．1:2
C．1:3 D．1：6
解析　由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：
轨道半径R＝＝∝p，
所以＝＝
即pπ－＝pK－.
又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－.
得pπ0＝pK－＋pπ＝pK－
所以＝.
答案　C

10．中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如右图所示．下图所示的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是(　　)

A

B

C

D

解析　考查的是库仑力的大小、方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个力的作用．电荷量为＋e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个下夸克，受力如图所示，其中F2＝F1，由力的合成可知F1与F2的合力竖直向上，B项正确．
答案　B
11．(多选题)质子—质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子(H)发生聚变，生成一个氘核(H)，生成的氘核(H)再与一个质子(H)聚变生成一个氦核(He)，接下来两个氦核(He)发生聚变，生成氦的同位素(He)同时再产生两个质子(H)，这两个质子(H)再度发生聚变……进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉．对于这种质子—质子循环发生的核反应，下列说法正确的是(　　)
A．两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→H＋e
B．两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→2H
C．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为3H→He＋e
D．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为6H→He＋2e＋2H
解析　由题意及核反应中的质量数与电荷数守恒可得两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→H＋e，A项正确、B项错误；由题意可知一个完整的质子—质子循环反应可表示为6H→He＋2e＋2H，C项错误、D项正确．
答案　AD
12．如下一系列核反应是在恒星内部发生的：
p＋C→N，N→C＋e＋＋ν，
p＋C→N，p＋N→O，
O→N＋e＋＋ν，p＋N→C＋α，其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．
已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量为me＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×108 m/s.试计算该系列核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4p→α＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得
Q＝(4mp－mα－2me)c2
代入数值可得：Q≈3.95×10－12 J.
答案　3.95×10－12 J
13．太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026 W.
(1)估算太阳每秒钟的质量亏损．
(2)设太阳上的核反应都是4H→He＋2e＋2ν＋28 MeV这种形式的反应(ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透力极强的中性粒子)，地日距离L＝1.5×1011 m，试估算每秒钟太阳垂直照射地面上每平方米有多少中微子到达．
(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命(太阳的质量为2.0×1030 kg，质子的质量为1.67×10－27 kg)．
解析　(1)太阳每秒钟释放的能量为ΔE＝Pt＝3.8×1026 J，由质能方程ΔE＝Δmc2可得
Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg.
(2)设E0＝28 MeV，每秒钟的核反应的次数为：
n＝＝＝8.48×1037次
每秒钟产生的中微子为n1＝2n＝1.696×1038个
建一个以L为半径的球模型，球的表面积为
S＝4πL2＝2.826×1023 m2
则每平方米上有中微子的个数为：
n2＝＝＝6×1014个．
(3)能发生反应的总质量为m1＝M×10%＝2.0×1030×10% kg＝2.0×1029 kg，每次聚变用四个质子，每秒钟用的质子数为n3＝4n＝4×8.48×1037个，质子的质量mp＝1.67×10－27 kg，
太阳的寿命为：
t＝＝ s
＝3.53×1017 s≈112亿年．
答案　(1)4.2×109 kg　(2)6×1014个　
(3)112亿年