《（全國通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第七節(jié) 核聚變 第八節(jié) 核裂變學(xué)案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第七節(jié) 核聚變 第八節(jié) 核裂變學(xué)案 新人教版選修3-5（15頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第七節(jié)　核聚變 第八節(jié)　粒子和宇宙 　學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) ※ 知道聚變反應(yīng)的特點(diǎn) ※ 能寫出聚變方程并計(jì)算聚變能量 ※ 了解可控?zé)岷朔磻?yīng) ※ 知道粒子的分類及其作用 ※ 了解宇宙起源的大爆炸說及恒星的演化 　知 識(shí) 導(dǎo) 圖 知識(shí)點(diǎn)1　核聚變 1．定義 輕核結(jié)合成__質(zhì)量較大__的原子核的反應(yīng)叫聚變。 例如H＋H―→He＋n 2．聚變發(fā)生的條件 要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到__10－15__m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的__庫侖斥力__，這就要求原子核具有足夠的動(dòng)能，有一種方法就是把它

2、們加熱到很高的溫度，溫度高達(dá)__幾百萬__開爾文，因此聚變又叫__熱核反應(yīng)__。 3．應(yīng)用 目前，熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是__氫彈__，需要用__原子彈__爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。 4．太陽能 太陽的主要成分是__氫__，太陽中心溫度可達(dá)1.5×107K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著，太陽能就來自于太陽內(nèi)部__聚變__釋放的核能。 知識(shí)點(diǎn)2　受控?zé)岷朔磻?yīng) 1．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn) (1)輕核聚變產(chǎn)能__效率高_(dá)_； (2)地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量__豐富__； (3)輕核聚變更為__安全、清潔__。 2．聚變的難點(diǎn) 地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受

3、熱核反應(yīng)的高溫。 3．控制方法 (1)磁約束：利用磁場(chǎng)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是__環(huán)流器__。 (2)慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時(shí)間內(nèi)來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)，在慣性約束下，用__激光__從各個(gè)方向照射反應(yīng)物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。 知識(shí)點(diǎn)3　“基本粒子”不基本 1．“基本”粒子 19世紀(jì)末，許多人認(rèn)為光子、電子、__質(zhì)子__和__中子__是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子。 2．發(fā)現(xiàn)新粒子 (1)從20世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，它們不是由__質(zhì)子__、__中子__、__電子__組成。 (2)科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中

4、子等本身也是復(fù)合粒子，且還有著__復(fù)雜__的結(jié)構(gòu)。 3．探測(cè)工具 粒子__加速器__和粒子__探測(cè)器__是研究粒子物理的主要工具。 知識(shí)點(diǎn)4　發(fā)現(xiàn)新粒子 1．新粒子 1932年發(fā)現(xiàn)了__正電子__,1937年發(fā)現(xiàn)了__μ子__,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子及以后的超子等。 2．粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類：__強(qiáng)子__、__輕子__和__媒介子__。 知識(shí)點(diǎn)5　夸克模型 組成強(qiáng)子的粒子有六種夸克，分為上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克，所帶電荷分別為元電荷的__±__或__±__，每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克，夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)

5、出現(xiàn)。 知識(shí)點(diǎn)6　宇宙與恒量的演化 1．宇宙的演化 經(jīng)歷了①__強(qiáng)子__時(shí)代?、赺_輕子__時(shí)代　③__核合成__時(shí)代?、?0萬年之后，隨著溫度降低逐步組成__恒星__和星系。 2．恒星的演化 宇宙塵埃__星云團(tuán)__恒星? 預(yù)習(xí)反饋 『判一判』 (1)核聚變時(shí)吸收能量。(×) (2)核聚變平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大。(√) (3)實(shí)現(xiàn)核聚變的難點(diǎn)是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。(√) (4)質(zhì)子、中子不能再分。(×) (5)夸克的帶電量是電子電荷的整數(shù)倍。(×) (6)太陽目前正處于氫通過熱核反應(yīng)成為氦，以電磁波的形式向外

6、輻射核能。(√) 『選一選』 (多選)我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)有： (1)U＋n→Sr＋Xe＋kn (2)H＋H→He＋dn 關(guān)于這兩個(gè)方程，下列說法正確的是(　BC　) A．方程(1)屬于α衰變 B．方程(2)屬于輕核聚變 C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1 D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1 解析：方程(1)屬于重核裂變，方程(2)屬于輕核聚變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤而B正確；由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得，k＝10，d＝1，選項(xiàng)C正確而D錯(cuò)誤。 『想一想』 萬物生長靠太陽(如圖)，太陽在我們?nèi)粘Ｉ钪惺遣豢商娲?，它提供給地球足夠的能源，如果說太陽一

7、旦沒有了，那么地球上的一切生物都將隨之消失。 你知道太陽的能量來源嗎？ 答：來源于太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng) 探究一　輕核的聚變　 S　1 如圖為氫彈原理示意圖。 (1)核聚變需要滿足什么條件？ (2)為什么要用原子彈才能引爆氫彈？ 提示：(1)要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m。 (2)它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。 G　 1．輕核聚變是放能反應(yīng) 從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)。 2．聚變發(fā)生的條件 要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，但是原子

8、核是帶正電的，要使它們接近10－15m就必須克服很大的庫侖斥力作用，這就要求原子核應(yīng)具有足夠的動(dòng)能。方法是給原子核加熱，使其達(dá)到幾百萬度的高溫。 3．核聚變的特點(diǎn) (1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。 (2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。 (3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。 4．核聚變的應(yīng)用 (1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。 (2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。 D　 典

9、例1　太陽現(xiàn)在正處于主序星演化階段，它主要是由電子和質(zhì)子、氦核等組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)為兩個(gè)電子與四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)楹?。已知太陽的質(zhì)量為2×1030kg，太陽向周圍空間輻射能量的總功率為3.8×1026W。 (1)寫出上述聚變反應(yīng)的方程 (2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.67×10－27kg，氦核質(zhì)量mα＝6.6458×10－27kg，電子質(zhì)量me＝9.0×10－31kg，光速c＝3.0×108m/s，求每發(fā)生一次上述核反應(yīng)所釋放的能量。 (3)根據(jù)題目中數(shù)據(jù)計(jì)算太陽1秒鐘減少的質(zhì)量。太陽還能用多少年？ 解題指導(dǎo)：(1)聚變的核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 (

10、2)核能計(jì)算的關(guān)鍵是求出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，然后根據(jù)受因斯坦質(zhì)能方程求解。 (3)由m＝tΔm求時(shí)間。 解析：(1)根據(jù)聚變反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得核反應(yīng)方程為2e＋4H―→He (2)反應(yīng)中的質(zhì)量虧損 Δm＝2me＋4mp－mα＝(2×9.0×10－31＋4×1.67×10－27－6.6458×10－27)kg＝3.6×10－29kg 由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應(yīng)釋放的能量ΔE＝Δmc2＝3.6×10－29×(3.0×108)2J＝3.24×10－12J (3)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量 Δm＝＝kg＝4.2×109kg 太陽還能用t＝＝

11、s＝4.76×1020s＝1.5×1013年 答案：(1)2e＋4H―→He　(2)3.24×10－12J　(3)4.2×109kg　1.5×1013年,　　 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1〕　(河南省漯河市高二2017～2018學(xué)年下學(xué)期期末)近幾年日本、印度等許多國家積極發(fā)展“月球探測(cè)計(jì)劃”，該計(jì)劃中的科研任務(wù)之一是探測(cè)月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136U，氦3的質(zhì)量為3.0150u，氦核的質(zhì)量為4.00151u，質(zhì)子質(zhì)量為1.00783u，中子質(zhì)量為1.008665u, 1u相當(dāng)于931.5MeV，

12、則下列說法正確的是(　A　) A．一個(gè)氘和一個(gè)氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9MeV B．氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：H＋He→He＋X其中X是中子 C．因?yàn)榫圩儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)子數(shù)減少 D．目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電 解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知X為質(zhì)子，故B錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)能方程知ΔE＝Δmc2＝(2.0136u＋3.0150u－4.00151u－1.00783u)×931.5MeV＝17.9MeV，故A正確；因?yàn)榫圩儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減小，但是質(zhì)量數(shù)不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；目前我國的秦山、大

13、亞灣等核電站廣泛使用重核裂變反應(yīng)發(fā)電，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選A。 探究二　新粒子的發(fā)現(xiàn)和夸克模型　 S　2 如圖所示為粒子發(fā)展示意圖。 (1)為什么現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子？ (2)為什么說夸克模型是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破？ 提示：(1)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。所以現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。 (2)夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。 G　 1．發(fā)現(xiàn)新粒子 發(fā)現(xiàn)時(shí)間 1932年 1937年 194

14、7年 60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子與π介子 超子 基本 特點(diǎn) 質(zhì)量與相對(duì)應(yīng)的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反 比質(zhì)子的質(zhì)量小 質(zhì)量介于電子與質(zhì)子之間 其質(zhì)量比質(zhì)子大 按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可以將粒子分為三大類：強(qiáng)子、輕子和媒介子。 2．粒子的分類 分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注 強(qiáng)子 參與強(qiáng)相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子 輕子 不參與強(qiáng)相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子，τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 媒介子 傳遞各種相互作用 光子

15、、中間玻色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用 3．夸克模型 (1)夸克的提出 1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。 (2)夸克的種類 上夸克(u) 、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。 (3)夸克所帶電荷 夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的±或±。例如上夸克帶的電荷量為＋2e/3，下夸克帶的電荷量為－e/3。 特別提醒：粒子具有對(duì)稱性，有一個(gè)粒子，必存在一個(gè)反粒子，所以每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克。 D　 典例2　在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出

16、。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在。 (1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即：中微子＋H→n＋e 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是__A__。(填寫選項(xiàng)前的字母) A．0和0　　　　　　　　 B．0和1 C．1和0 D．1和1 (2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子(γ)，即e＋e→2γ已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_

17、_8.2×10－14__J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是__此過程遵循動(dòng)量守恒定律__。 解題指導(dǎo)：(1)由核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒判斷 (2)根據(jù)E＝Δmc2和動(dòng)量守恒求解 解析：(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0，A項(xiàng)正確。 (2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則E＝Δmc2，故一個(gè)光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得＝8.2×10－14J。正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，所以如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^程遵循動(dòng)量守恒定律。 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2

18、〕　(多選)(北京臨川育人學(xué)校2017－2018學(xué)年高二下學(xué)期期中)已知π＋介子、π－介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們帶電量如下表所示，表中e為元電荷。 π＋ π－ u d 帶電量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e 下列說法正確的是(　AD　) A．π＋由u和組成　　 B．π＋由d和組成 C．π－由u和組成 D．π－由d和組成 解析：根據(jù)題目所給圖表可以知道各種粒子的帶電量，由電荷守恒定律可得A、D正確，B、C錯(cuò)誤。 輕核聚變與重核裂變的區(qū)別 　　　反應(yīng)方式 比較項(xiàng)目　　　 重核裂變

19、 輕核聚變 放能原理 重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核放出核能 兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核放出核能 放能多少 聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大約要大3～4倍 核廢料處理難度 聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多 原料的 蘊(yùn)藏量 核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其用于核裂變的235U在鈾礦石中只占0.7% 主要原料是氚，氚在地球上的儲(chǔ)量非常豐富。1L海水中大約有0.03g氚，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng) 可控性 速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用裂變反應(yīng)釋放核能 目前，除氫彈以外，人們還不能控制它 案例　

20、(多選)據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(　AC　) A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H＋H―→He＋n B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n C．根據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多 D．根據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同 解析：H＋H―→He＋n是氫核聚變方程，故A正確；選項(xiàng)B的核反應(yīng)方程是核裂變方程，故B錯(cuò)誤；根據(jù)氫核聚變特點(diǎn)，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大

21、約要大3～4倍，相同質(zhì)量的核燃料，氫核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 1．(多選)(成都七中2017～2018學(xué)年高二月考)國家國防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號(hào)”月面虹灣局部影像圖，如圖所示?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3)。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為He＋He→2H＋He。關(guān)于He聚變下列表述正確的是(　BC　) A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量 B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C．聚變反應(yīng)會(huì)有質(zhì)量虧損 D．目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電 解析：聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過程會(huì)有質(zhì)量虧

22、損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)。綜上所述，選項(xiàng)B、C正確。 2．(多選)(江蘇省揚(yáng)州市2017～2018學(xué)年高三上學(xué)期期末)關(guān)于核反應(yīng)方程，下列說法正確的是(　AD　) A．H＋H→He＋n是核聚變反應(yīng) B．鈾核裂變的核反應(yīng)為：U＋Ba→Kr＋2n C．在衰變方程Pu→X＋He＋γ中，X原子核的質(zhì)量數(shù)是234 D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：H＋N→O＋H 解析：H＋H→He＋n是輕核變成質(zhì)量較大的原子核，是核聚變反應(yīng)，故A正確； 鈾核裂變是鈾核俘獲一個(gè)中子后裂變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，故B錯(cuò)誤；核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，He原子核的質(zhì)量數(shù)為4，γ

23、是電磁波，所以X原子核的質(zhì)量數(shù)是235，故C錯(cuò)誤；盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：H＋N→O＋H，故D正確。故選AD。 3．(山東濰坊及第中學(xué)2016～2017學(xué)年高二月考)根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是(　A　) A．夸克、輕子、膠子等粒子 B．質(zhì)子和中子等強(qiáng)子 C．光子、中微子和電子等輕子 D．氫核、氘核、氦核等輕核 解析：宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由的光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合

24、成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，故B、C、D錯(cuò)誤。 4．(山西省長治、運(yùn)城、大同、朔州、陽泉五地市2018屆高三上學(xué)期期末)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H→He＋x，式中x 是某種粒子。已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知(　C　) A．粒子x是H B．該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為0.0289u C．該反應(yīng)釋放出的能量約為17.6MeV D．該反應(yīng)中釋放的全部能量轉(zhuǎn)化為粒子x的動(dòng)能 解

25、析：根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，可判斷x為中子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，故B錯(cuò)誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放出的能量為ΔE＝(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087)×931.5MeV＝17.6MeV，選項(xiàng)C正確；該反應(yīng)中釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為X粒子的動(dòng)能，故D錯(cuò)。 基礎(chǔ)夯實(shí) 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．(江蘇徐州市2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期末)一典型的鈾核裂變方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，關(guān)于該反應(yīng)，下列說法正確的是(　

26、C　) A．X是質(zhì)子 B．該反應(yīng)是核聚變反應(yīng) C．U的比結(jié)合能小于Ba的比結(jié)合能 D．釋放出的中子對(duì)于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生沒有作用 解析：該反應(yīng)是裂變反應(yīng)，X是中子，釋放的中子引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故A、B、D錯(cuò)誤；U的比結(jié)合能小于Ba的比結(jié)合能，C正確。 2．2010年3月31日歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)現(xiàn)首次質(zhì)子束對(duì)撞成功?？茖W(xué)家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后，能模擬宇宙大爆炸的能量，并產(chǎn)生新的粒子，幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)、以及其他超對(duì)稱現(xiàn)象，從根本上加深了解宇宙本質(zhì)，揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機(jī)構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個(gè)反氫原子。請(qǐng)推測(cè)反氫原子的結(jié)構(gòu)是(　B　) A．由1個(gè)帶正電荷的

27、質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 B．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成 C．由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 D．由1個(gè)不帶電荷的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成 解析：根據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同的質(zhì)量，但帶有等量的異性電荷。 因此“反氫原子”應(yīng)該具有與氫原子相同的質(zhì)量，相反的電荷符號(hào)且等量的電荷量。所以反氫原子是由H核和e構(gòu)成的。 3．2002年，美國《科學(xué)》雜志評(píng)出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的結(jié)果，該站揭示了中微子失蹤的部分中微子在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)化為一個(gè)μ子和一個(gè)τ子。在上述研究中有以下說法，

28、正確的是(　B　) ①若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定相反 ②若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能一致 ③若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向一定一致 ④若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動(dòng)方向相反，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子的運(yùn)動(dòng)方向可能相反 A．①③　　　　　　 B．②③ C．③④ D．①② 解析：中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過程中滿足動(dòng)量守恒定律。 4．據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太

29、陽”的說法正確的是(　AC　) A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H＋H―→He＋n B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n C．“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是E＝mc2 解析：“人造太陽”是全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，核反應(yīng)是輕核聚變而不是重核裂變，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；核能大小的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 5．關(guān)于粒子，下列說法中正確的是(　BC　) A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子 B．質(zhì)子、中子本身也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) C．質(zhì)子是帶電的強(qiáng)子 D．電子電荷是電

30、荷的最小單位 解析：質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；不同的夸克組成強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的帶正電的強(qiáng)子，故選項(xiàng)C正確；夸克模型是研究強(qiáng)子的理論，不同夸克帶的電荷不同，分別為元電荷的＋或－，這說明電子電荷不再是電荷的最小單位，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 6．(山東淄博市淄川中學(xué)2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期期中)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部4個(gè)氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(He)和兩個(gè)正電子(e)并放出能量，已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.0073u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.00

31、15u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u,1u質(zhì)量相當(dāng)于931MeV的能量。寫出該熱核反應(yīng)方程__4H―→He＋2e__；一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出__24.86__MeV的能量。(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)。 解析：Δm＝4mp－mα－2me＝4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u＝0.0267u ΔE＝Δmc2＝0.0267u×931MeV＝24.86MeV 7．(江蘇泰州二中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))太陽的能量來自氫核聚變：即四個(gè)質(zhì)子(氫核)聚變一個(gè)α粒子，同時(shí)發(fā)射兩個(gè)正電子和兩個(gè)沒有靜止質(zhì)量的中微子。如果太陽輻射能量的功率為P，質(zhì)子H、氦核He、正電子e

32、的質(zhì)量分別為mP、ma、me，真空的光速為c，則 (1)寫出上述核反應(yīng)方程式； (2)計(jì)算每一次聚變所釋放的能量ΔE； (3)計(jì)算t時(shí)間內(nèi)因聚變生成的α粒子數(shù)n。 答案：(1)4H→He＋2e　(2)ΔE＝(4mP－ma－me)c2 (3) 解析：(1)核反應(yīng)方程式為：4H→He＋2e； (2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝(4mP－ma－me)，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2可知，核反應(yīng)釋放的能量，ΔE＝(4mP－ma－me)c2。 (3)設(shè)t時(shí)間內(nèi)因聚變生成的α粒子數(shù)為n， 依據(jù)能量關(guān)系Pt＝nΔE 有，n＝＝ 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4題

33、為多選題) 1．(北京市房山區(qū)2018屆高三上學(xué)期期末)我國自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“超導(dǎo)托卡馬克” (英文名稱：EAST，稱“人造太陽”)。設(shè)可控?zé)岷藢?shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，已知光速為c。下列說法中正確的是(　A　) A．核反應(yīng)放出的能量等于 (m1＋m2－m3－m4 )c2 B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．這種熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)是α衰變 D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同 解析：核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能Δ

34、E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯(cuò)誤；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國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CD錯(cuò)誤。 2．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法正確的是(　B　) A．核反應(yīng)方程是H＋n→H＋γ B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2 D．γ光子的波長λ＝

35、 解析：H＋n→H＋γ，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題可知，該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3，選項(xiàng)B正確；根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2得，該反應(yīng)輻射出的γ光子的能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由E＝hν＝h得，λ＝，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 3．(江蘇泰州二中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個(gè)核外電子，使其內(nèi)部的一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個(gè)中微子，從而變成一個(gè)新核(稱為子核)的過程。中微子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測(cè)到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個(gè)靜止的原子核發(fā)生“軌

36、道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下列說法正確的是(　B　) A．母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù) B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù) C．子核的動(dòng)量與中微子的動(dòng)量相同 D．子核的動(dòng)能大于中微子的動(dòng)能 解析：原子核(稱為母核)俘獲一個(gè)核外電子，使其內(nèi)部的一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€(gè)中微子，從而變成一個(gè)新核(稱為子核)的過程。電荷數(shù)少1，質(zhì)量數(shù)不變，故A錯(cuò)誤，B正確；原子核(稱為母核)俘獲電子的過程中動(dòng)量守恒，初狀態(tài)系統(tǒng)的總動(dòng)量為0，則子核的動(dòng)量和中微子的動(dòng)量大小相等，方向相反，故C錯(cuò)誤；子核的動(dòng)量大小和中微子的動(dòng)量大小相等，由于中微子的質(zhì)量很小，根據(jù)Ek＝知，中微子的動(dòng)能大于子核的動(dòng)能

37、，故D錯(cuò)誤，故選B。 4．(江西南昌二中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的元電荷e，π0介子不帶電，π－介子的質(zhì)量為m。如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2。今有一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K－在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直。在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變。衰變后產(chǎn)生的K－介子沿v反方向射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡為如圖虛線所示的“心”形圖線。則以下說法正確的是(　AD　) A．π0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng) B．π－介子的運(yùn)行軌跡為PENC

38、MDP C．π－介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為t＝ D．B1＝2B2 解析：π0介子不帶電，不受洛倫茲力作用，故做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A正確；根據(jù)左手定則可知：π－介子從P點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1時(shí)，受到的洛倫茲力方向向上，所以π－介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，故B錯(cuò)誤；π－介子在整個(gè)過程中，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)兩個(gè)半圓，即運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，所以T＝＋，故C錯(cuò)誤；由圖象可知，π－在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)半徑是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)半徑的一半，根據(jù)r＝可知，B1＝2B2，故D正確。 二、非選擇題 5．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。 p＋C―→N　N―→C＋e

39、＋＋ν p＋C―→N　p＋N―→O O―→N＋e＋＋ν　p＋N―→C＋α 其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為中微子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 929×10－27kg, 正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)，真空中的光速c＝3.00×108m/s，試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。 答案：3.95×10－12J 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＝3.95×10－12J 15