《2019-2020學(xué)年高中物理 課時(shí)分層作業(yè)17 核聚變 粒子和宇宙(含解析)新人教版選修3-5》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 課時(shí)分層作業(yè)17 核聚變 粒子和宇宙(含解析)新人教版選修3-5(3頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、課時(shí)分層作業(yè)(十七)
(時(shí)間:15分鐘 分值:50分)
一、選擇題(本題共6小題,每小題6分)
1.關(guān)于核聚變,以下說法正確的是( )
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10-10 m以內(nèi),核力才能起作用
D.核聚變比核裂變更易控制
[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.但核聚變不易控制,其發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行.所以正確的只有選項(xiàng)A.
[答案] A
2.關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說法正確的是( )
2、
A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多
B.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定大
C.聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小
D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核,故反應(yīng)后質(zhì)量變大
[解析] 聚變反應(yīng)的比結(jié)合能大于裂變反應(yīng)的比結(jié)合能,但參與的核子數(shù)目裂變大于聚變,故聚變反應(yīng)釋放的總能量不一定多,故A、C錯(cuò),B對(duì);由于聚變反應(yīng)釋放能量,發(fā)生質(zhì)量虧損,故聚變后核的質(zhì)量減少,故D錯(cuò).
[答案] B
3.(多選)我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電,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1億攝氏度,這標(biāo)志著我國磁約束
3、核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平.合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(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,中子的質(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.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2
[解析] 由核反應(yīng)方程2H→He+X知X應(yīng)為中子,釋放的核能應(yīng)為ΔE=(2m1-m3-
4、m2)c2,故A、C錯(cuò)誤,B、D正確.
[答案] BD
4.(多選)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,若產(chǎn)生的核能全部被γ光子帶走.下列說法正確的是( )
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γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c2
D.γ光子的波長(zhǎng)λ=
[解析] 該核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)不守恒,故A錯(cuò)誤;聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,故B正確;聚變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量以光子的形式放出,故光子能量為E=(
5、m1+m2-m3)c2,故C錯(cuò)誤;根據(jù)E==(m1+m2-m3)c2,得光子的波長(zhǎng)為λ=,故D正確.
[答案] BD
5.(多選)核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源.近年來,受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證,目前正在突破關(guān)鍵技術(shù),最終將建成商用核聚變電站.一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦,并釋放一個(gè)中子.若已知氘原子的質(zhì)量為2.014 1 u,氚原子的質(zhì)量為3.016 0 u,氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u,中子的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u=1.66×10-27 kg.則這個(gè)核反應(yīng)釋放出來的能量為(光速c=3
6、.00×108 m/s,1 u相當(dāng)于931.5 MeV)( )
A.2.8×10-10 J B.2.8×10-12 J
C.1.75 MeV D.17.5 MeV
[解析] 核反應(yīng)釋放出來的能量:ΔE=Δmc2,Δm=(m氘+m氚)-(mHe+mn)=0.018 8 u,由計(jì)算得:ΔE=2.8×10-12 J=17.5 MeV,故B、D正確
[答案] BD
6.(多選)在某些恒星內(nèi),3個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)C,C原子的質(zhì)量是12.000 0 u,He原子的質(zhì)量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV,則( )
A.反應(yīng)過程中的
7、質(zhì)量虧損是Δm=0.007 8 u
B.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.294 8×10-29 kg
C.反應(yīng)過程中放出的能量約為7.266 MeV
D.反應(yīng)過程中放出的能量約為1.16×10-19 J
[解析] 其反應(yīng)方程是3He→C.其質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.002 6-12.000 0)u=0.007 8 u,A對(duì);Δm=0.007 8×1.66×10-27 kg=1.294 8×10-29 kg,B對(duì);ΔE=0.007 8×931.5 MeV≈7.266 MeV,C對(duì);ΔE≈7.266×106×1.6×10-19 J≈1.16×10-12 J,D錯(cuò).
[答案] ABC
二
8、、非選擇題(14分)
7.已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,He核的質(zhì)量為3.015 0 u.兩個(gè)速率相等的氘核對(duì)心碰撞聚變成He并放出一個(gè)中子,釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.(質(zhì)量虧損為1 u時(shí),釋放的能量為931.5 MeV.除了計(jì)算質(zhì)量虧損外,He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)
(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方程式.
(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少?
(3)若測(cè)得反應(yīng)后生成中子的動(dòng)能是3.12 MeV,則反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是多少M(fèi)eV?
[解析] (1)核反應(yīng)方程為:H+H→He+n
(2)質(zhì)量虧損為:Δm=2.013 6×2 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,釋放的核能為:
ΔE=Δmc2=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV
(3)設(shè)中子和He核的質(zhì)量分別為m1、m2,速度分別為v1、v2.反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是E0,反應(yīng)后中子和He核動(dòng)能分別為E1、E2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,得m1v1-m2v2=0,=∶==3,E2==1.04 MeV
由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律,得
E1+E2=2E0+ΔE,E0=0.45 MeV.
[答案] (1)H+H→He+n (2)3.26 MeV (3)0.45 MeV
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