2024-2024年高中物理 第19章 第7、8节 核聚变 粒子和宇宙同步
练习 新人教版选修3-5
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．(青州市一中xx～xx学年高二下学期检测)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2
和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c D．(m1 － m2 －m3)c 答案：C
解析：质量亏损Δm＝(m1＋m2－m3)，由E＝Δmc可知C选项正确。
2．(福建师大附中xx～xx学年高二下学期检测)关于粒子，下列说法中不正确的是( )
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．质子、中子本身也有复杂的结构 C．质子是带电的强子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 答案：A
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故选项A错误，选项B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的带正电的强子，故选项C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带的电荷不同，分别为元电荷21
的＋或－，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故选项D正确。
33
3．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 答案：B
解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性
2
22
电荷。 因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由－1H核和1e构成的。
4．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( )
①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反
②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致
③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致
④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反
A．①③ C.③④ 答案：B
解析：中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。 5．下列说法正确的是( ) A. 7N＋1H→ 6C＋2He是α衰变方程 B.1H＋1H→2He＋γ是核聚变反应方程 C. 92U→ 90Th＋2He是核裂变反应方程
D.2He＋13Al→15P＋0n是原子核的人工转变方程 答案：BD
解析：本题主要考查核反应方程问题，A中方程为人工转变方程，A错。B为核聚变方程，B正确。C为α衰变方程，C错。D为原子核的人工转变方程，D正确，正确答案BD。
6．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的2He(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2He＋2He→21H＋2He。关于2He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．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用2He聚变反应发电 答案：BC
解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要
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3
3
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30
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238
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4 1
0
B．②③ D．①②
放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项BC正确。
二、非选择题
7．产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×10J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。
答案：使轻核之间的距离减小到1041H―→2He＋21e
8．(湛江市xx～xx学年高二下学期期末)把氢核聚变反应简化为4个氢核(1H)聚变成氦核(2He)，同时放出2个正电子(1e)和2个中微子(ν0)，已知质子质量mp＝1.0073u，氦核质量mα＝4.0015u，电子质量me＝0.00055u，原子质量单位：1u＝1.660566×10光速c＝3.0×10m/s。
(1)写出该氢核聚变反应的方程； (2)计算一次核反应释放多少焦耳的能量。 答案：(1)41H→2He＋21e＋2ν0 (2)4×10
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1
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－12
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－27
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1
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－15
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m 把它们的温度加热到很高 热核反应 热核
kg，真空中
J
解析：(1)聚变反应方程为：41H→2He＋21e＋2ν0 质量亏损为：Δm＝4mp－mα－2me 释放的能量为ΔE＝Δmc＝4×10
2
－12
J
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)
1．如图所示，托卡马克(tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中错误的是( )
A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量和太阳发光的原理类似
B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出 C．这种装置是科学家设想的其中一种方案 D．该装置是利用聚变物质的惯性进行约束 答案：D
解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A对；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故B对，该装置是科学家设想的其中一种方案是磁约束装置，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故C对D错。
2．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、
氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是( )
A．核反应方程是1H＋0n→1H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3 C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c D．γ光子的波长λ＝答案：B
解析：1H＋0n→1H＋γ，选项A错误；由题可知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c，选项C错误；由E＝hν＝h得，λ＝，选项D错误。
λm1＋m2－m3c3.K介子衰变的方程为：K―→π＋π，其中K介子π介子带负的基本电荷，π
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－
－
0
－
－
0
2
2
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1
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2
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3
hm1＋m2－m3c2
ch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，π介子的轨迹未画出，由此可知π的动量大小与π的动量大小之比为( )
0
－
0
－
A．1∶1 C．1∶3 答案：C
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＝＝所以
B．1∶2 D．1∶6
mvp∝p
BqBqpk－RK－2＝＝ pπ－Rπ－1
1
即pπ－＝pk－
2
又由动量守恒定律pk－＝pπ0－pπ－ 3
得pπ0＝pk－＋pπ－＝pk－
2所以
pπ－1
＝ pπ03
＋
－
4．已知π介子、π介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们带电量如下表所示，表中e为元电荷。
带电量 π ＋e ＋π －e － u 2＋e 3d 1－e 3u 2－e 3d 1＋e 3下列说法正确的是( ) A．π由u和d组成 C．π由u和d组成 答案：AD
解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。
5．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个 6C， 6C原子的质量是12.000 0u，2He原子的质量是4.002 6u，已知1u＝1.66×10
－27
12
12
4
－＋
B．π由d和u组成 D．π由d和u组成
－
＋
kg，则( )
A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.007 8u B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.29×10C．反应过程中放出的能量是7.266MeV D．反应过程中放出的能量是1.16×10答案：ABC
解析：其反应方程是32He→ 6C。
其质量亏损为Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u，A项对；Δm＝0.0078×1.66×10
－27
4
12
－19
－29
kg
J
kg＝1.29×10
6
－29
kg，B项对；ΔE＝0.0078×931.5MeV＝7.266MeV，C
－12
项对；ΔE＝7.266×10×1.6×10
－19
J＝1.16×10J，D项错。
6．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )
A．“人造太阳”的核反应方程是1H＋1H―→2He＋0n
B．“人造太阳”的核反应方程是 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋30n C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc 12D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc
2答案：AC
解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项A正确，选项B错误。核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项C正确，选项D错误。
二、非选择题
7.如下一系列核反应是在恒星内部发生的。
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2024-2024年高中物理 第19章 第7、8节 核聚变 粒子和宇宙同步练习 新人教版选修3-5
