2024教科版高中物理选择性必修第三册同步
4 核裂变 核聚变
5 粒子物理学发展概况
基础过关练
题组一 核裂变 链式反应
1.(2023四川资阳期末)1938年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有原子核钡Ba)、氪Kr)、中子和γ射线。下列关于这个实验的说法中正确的是 ( )
A.这个实验的核反应方程是UnBa+Krn
B.这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C.这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算
D.实验中产生的γ射线穿透能力极强
2.(2023江西鹰潭期末)铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变。其衰变方程为UTh+X,裂变方程为Un→YKr+n,其中Un、YKr的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是 ( )
AU衰变是α衰变,α射线可以用来测量钢板的厚度
BU裂变时释放的能量为(m1-3m2-m3-m4)c2
C.若提高温度U的半衰期将会变小
D.Y原子核中含有88个中子
题组二 核反应堆与核电站
3.(2023广东肇庆期中)如图所示为核反应堆的示意图,铀棒是核燃料,其中一种反应方程为UnBa+Kr+n,则下列说法正确的是 ( )
A.铀核的比结合能比钡核的小
B.该反应为热核反应
C.镉棒插入深一些可增大链式反应的速度
D.铀核的半衰期会受到环境压强的影响
4.(2023四川广安月考)在所有能源中,核能具有能量密度大、区域适应性强的优点,在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。
(1UnBaKr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种n为中子,X为待求粒子,a为X的个数,则X为 ,a= 。以mU、mBa、mKr分别表示U、BaKr核的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE= 。
(2)有一座发电功率为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%。假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程中放出的核能ΔE=2.78×10-11 J,铀核的质量mU=390×10-27 kg,求每年(1年=3.15×107 s)消耗的U的质量。
题组三 核聚变与受控热核反应
5.(2023天津模拟改编)1964年、1967年我国第一颗原子弹和第一颗氢弹分别成功爆炸。下列核反应方程可表示氢弹的爆炸原理的是 ( )
ANHeOH
BUnSrXe+n
CUThHe
DHHHen
6.(2023四川成都期末)2023年4月12日21时,我国全超导托卡马克核聚变装置成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒,在该装置内发生的核反应方程是HHH+X。若H的质量是m1H的质量是m2H的质量是m3,X的质量是m4,光速是c,下列说法错误的是 ( )
A.只有氘H)和氚H)能发生核聚变,其他原子核不能
B.发生一次上述聚变反应所释放的核能大小为(m4+m3-m2-m1)c2
C.其中粒子X的符号是n
D.核聚变反应发生后,需要外界不断给它提供能量才能将反应持续下去
(2023湖北名校联考)电影《流浪地球2》中太阳核心聚变加速,导致内核温度高达一亿度,足以产生“氦闪”。如图所示,现实中太阳内层的氢发生聚变,每4个H会聚变成1个He,即质子-质子链反应。下列说法不正确的是 ( )
A.两个H合成H的过程中产生一个中子
BH比H少一个中子
CH和H聚合成He,反应前后质量数守恒
DHe的比结合能大于H的比结合能
8.已知氘核H的质量为m1,中子n的质量为m2He的质量为m3,真空中的光速为c。
(1)写出两个氘核H聚变为一个He的核反应方程,并计算释放的能量;
(2)质量为M的氘核H完全聚变为He,释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量 (已知煤的热值为q,题中所用物理量的单位均为国际单位制单位)
题组四 粒子物理学
9.(2023山东烟台月考)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是 ( )
A.粒子都有自己的反粒子
B.把粒子分为强子、轻子、规范玻色子,依据是粒子与各种相互作用的关系
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
10.(2023上海静安期末)下列所述正确的是 ( )
A.强子是参与强相互作用的粒子
B.轻子是不参与强相互作用的粒子
C.胶子是轻子中的一种粒子
D.微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的
4 核裂变 核聚变
5 粒子物理学发展概况
基础过关练
1.D 2.D 3.A 5.D 6.ABD 7.A
9.ABC 10.ABD
1.D 根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程为UnBaKr+n,选项A不正确;铀核裂变过程中产生γ射线,放出能量,发生质量亏损,释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算,选项B、C不正确;核反应中产生的γ射线,穿透能力极强,是能量极高的光子,选项D正确。
2.D 根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为HeU发生的是α衰变,α射线贯穿能力弱,不可以用来测量钢板的厚度,故A错误;由爱因斯坦质能方程得裂变时释放的能量ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,故B错误;半衰期与原子核所在环境没有关系,故C错误;根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒,Y原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88(个),故D正确。
3.A 在该核反应中,会释放出大量的能量,生成物更稳定,因为比结合能越大,原子核越稳定,可知铀核的比结合能比钡核的小,A正确;该反应为重核裂变反应,不是热核反应,B错误;要使裂变反应更剧烈一些,应使镉棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,增大链式反应的速度,C错误;铀核的半衰期与环境无关,D错误。
4.答案 (1n 3 (mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)1 103.7 kg
解析 (1)依据电荷数守恒和质量数守恒可判断X为n,a为3,由质能方程知释放的能量为ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2。
(2)因核电站的核能转化为电能的效率为40%,故核电站消耗核能的功率为P'== kW=2.5×109 W,
则核电站每年所需核能为E=P't=2.5×109×3.15×107 J=7.875×1016 J,
产生这些能量消耗的铀核的数目
n==≈2.83×1027(个),
故每年消耗U的质量为M=nmU=2.83×1027×390×10-27 kg=1 103.7 kg。
5.D A是发现质子的核反应方程;B是重核裂变方程,是对应原子弹爆炸的核反应方程;C是原子核衰变方程;D是氢核聚变方程,是对应氢弹爆炸的核反应方程,故选D。
方法技巧 衰变及三种核反应方程的快速区分
(1)衰变:衰变方程左边只有一个原子核,右边有两个粒子且其中一个为α粒子或β粒子。
(2)原子核的人工转变:核反应方程左边为一个原子核以及α粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个,右边为一个新核,还可能放出其他粒子。
(3)重核裂变:左边为重核与中子,右边为两个(或多个)中等质量的核和若干个中子。
(4)轻核聚变:左边为两个轻核,右边为质量较大的核,可能还有质子、中子等粒子,例如氘核和氚核结合成氦核的反应。
6.ABD 理论上,原子序数小于铁的都可以发生核聚变,不一定是氘H)和氚H),A错误;发生一次题述聚变反应所释放的核能大小为(m1+m2-m3-m4)c2,B错误;由核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知,其中粒子X的符号是n,C正确;核聚变一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的能量就会使反应继续下去,D错误。
7.A 两个H合成H的核反应方程是HHHe,即产生一个正电子,A错误H比H少一个中子,B正确H和H聚合成He,反应前后质量数和电荷数均守恒,C正确;反应放出核能,最终的生成物He更稳定,则He的比结合能大于H的比结合能,D正确。故选A。
8.答案 (1)H+H→He+n (2m1-m2-m3)c2
(2)(2m1-m2-m3)c2
解析 (1)核反应方程为H+H→He+n,
核聚变前后的质量亏损为Δm=2m1-(m2+m3),
根据爱因斯坦质能方程,释放的能量为ΔE=Δmc2,
解得ΔE=(2m1-m2-m3)c2。
(2)质量为M的氘所含氘核数为N=,
完全聚变为He所释放的能量为E=(2m1-m2-m3)c2,
相当于完全燃烧m=(2m1-m2-m3)c2的煤放出的能量。
9.ABC 粒子都有自己的反粒子,对于带电粒子来说,反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,故A正确;根据粒子与各种相互作用的关系,粒子大体可被分为规范玻色子、轻子和强子,质子属于强子,光子属于规范玻色子,故B、C正确,D错误。
10.ABD 强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子,选项A正确;轻子是不参与强相互作用的粒子,电子是最早发现的轻子,选项B正确;胶子是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子,类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般,胶子无质量,胶子属于规范玻色子,选项C错误;粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的,即基本相互作用都是由媒介粒子传递的,这类媒介粒子统称为规范玻色子,即微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用的,选项D正确。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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