1、核聚变 粒子和宇宙时间：45分钟一、选择题(16题为单选，710题为多选)1关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(B)A一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C聚变反应中粒子的比结合能变小D聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，故A错误；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误2目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的u夸克带电荷量为e，d夸克的带电荷量为e，e为元电荷，下列说法中可能正确的是(B)A质子由1个u夸克
2、和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成解析：质子H带电荷量为2e(e)e，中子n带电荷量为e2(e)0.可见B正确3当两个中子和两个质子结合成一个粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为(D)A21.04 MeVB35.56 MeVC77.64 MeV D92.1
3、6 MeV解析：6个中子和6个质子可结合成3个粒子，放出能量328.30 MeV84.90 MeV，3个粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.90 MeV7.26 MeV92.16 MeV.4正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质反物质.1997年年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布，他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是(B)A由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B由一个带负电荷的质子与一
4、个带正电荷的电子构成C由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：根据反物质的定义可判断B正确5“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是(C)A子核的动量与中微子的动量相同B母核的电荷数小于子核的电荷数C母核的质量数等于子核的质量数D子核的动能大于
5、中微子的动能解析：原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故A错误；原子核(称为母核)俘获一个核外电子(使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程，电荷数少1，质量数不变，故B错误，C正确子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误6一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个光子已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(D)A这个核反
6、应是裂变反应B这个反应的核反应方程是HHHe2nC辐射出的光子的能量E(m3m4m1m2)c2D辐射出的光子在真空中的波长解析：一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，这是核聚变反应，A、B选项错误核反应的质量亏损mm1m2m3m4，辐射出的光子的能量E(m1m2m3m4)c2，C选项错误光子在真空中的频率，波长，D选项正确7月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料，科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将为地球带来取之不尽的能源关于“氦3(He)”与氘核聚变，下列说法中正确的是(AD)A核反应方程为HeHHeHB核反
7、应生成物的质量将大于参加反应的物质的质量C氦3(He)一个核子的结合能大于氦4(He)一个核子的结合能D氦3(He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量解析：氦3(He)与氘核聚变的核反应符合质量数与电荷数守恒，且聚变是放能反应，有质量亏损，新核的结合能大，故选A、D.8关于核聚变，以下说法正确的是(ACD)A与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到1015 m以内，核力才能起作用D地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少
8、；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理，但核聚变不易控制其发电，还没有投入实际运行，所以B项是不正确的9下列说法正确的是(BC)A聚变是裂变的逆反应B核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，反应时放出能量C轻核聚变比裂变更为安全、清洁D强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子解析：聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外
9、，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C对；质子是最早发现的强子，故D错10下列说法正确的是(ADE)A氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子B若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小CTh核发生一次衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4D粒子散射实验能揭示原子具有核式结构E太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应解析：根据hE1E2可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，A正确；放射性物质的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，温度升高，其半衰期不变，B错误；Th核发生一次衰变时，即放出一个粒子时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2，C
10、错误；卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，D正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，即轻核聚变，E正确二、非选择题11已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He核的质量为3.015 0 u两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能全部转化为机械能(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少？答案：(1)HHHen(2)3.26
11、MeV(3)0.45 MeV解析：(1)核反应方程为：HHHen(2)质量亏损为：m2.013 62 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能为：Emc20.003 5931.5 MeV3.26 MeV(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1m2v20，3，E21.04 MeV由能量的转化和守恒定律，得E1E22E0E，E00.45 MeV.12天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我
12、们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即vHr.式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的假定大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远这一结果与上述天文观测一致由上述理论和天文观测结果可估算宇宙年龄T，其计算式如何表达？根据观测，哈勃常数H3102 m/s光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为多少年？答案：T11010年解析：由于大爆炸后各星体做匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现距我们的距离为rvTHrT，得T.T年11010年