高中物理 第4章 原子核 第6節(jié) 核能利用 第7節(jié) 小粒子與大宇宙學(xué)業(yè)分層測評 粵教版

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第6節(jié) 核能利用 第7節(jié) 小粒子與大宇宙 (建議用時：45分鐘) [學(xué)業(yè)達標] 1．下列說法中正確的是(　　) A．夸克模型說明電子電荷量是最小的電荷單元 B．目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了自由態(tài)的夸克 C．目前發(fā)現(xiàn)的夸克有6種 D．每種夸克都有對應(yīng)的反夸克 E．夸克模型說明電子電荷量已不再是最小的電荷單元 【解析】　夸克模型指出目前發(fā)現(xiàn)了6種夸克，每種夸克都有對應(yīng)的反夸克，所以C、D正確；夸克所帶電荷量小于電子電荷量，但還沒有發(fā)現(xiàn)自由態(tài)的夸克，這就是夸克的“禁閉”，所以A、B錯，E正確． 【答案】　CDE 2．關(guān)于宇宙和恒星的演化，下列說法正確的是(　　) A．宇宙已經(jīng)停止演化 B．恒星在主序星階段時停留時間最長、最穩(wěn)定 C．當溫度達到一定值時，恒星內(nèi)發(fā)生氦聚變，亮度增強 D．恒星最終都會演化為黑洞 E．恒星最終可能演化為中子星 【解析】　目前宇宙的演化仍在進行，A錯．恒星在主序星階段時停留時間最長、最穩(wěn)定，B對．恒星內(nèi)由氫聚變轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぞ圩儠r，亮度增加，C對．根據(jù)最終質(zhì)量的不同恒星最終演化為白矮星或中子星或黑洞，D錯，E對． 【答案】　BCE 3．關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說法正確的是 (　　) A．許多粒子都有自己的反粒子 B．把粒子分為強子、輕子、媒介子，根據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系 C．質(zhì)子屬于強子 D．光子屬于輕子 E．τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大，因此它屬于強子 【解析】　根據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子描述知A、B、C正確；光子屬媒介子，τ子屬于輕子． 【答案】　ABC 4．下列所述正確的是(　　) A．強子是參與強相互作用的粒子 B．輕子是不參與強相互作用的粒子 C．目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種 D．夸克有6種，它們帶的電荷量分別為元電荷的＋或－ E．光子是傳遞弱相互作用的粒子 【解析】　由三類粒子的特性可知A、B正確，E錯誤；而目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種，C錯誤；夸克模型經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已知夸克有6種，它們帶的電荷分別為元電荷的＋或－，D正確． 【答案】　ABD 5．為應(yīng)對能源危機和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策，在《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年核電運行裝機總?cè)萘窟_到4 000萬千瓦的水平，請根據(jù)所學(xué)物理知識，判斷下列說法中正確的是(　　) A．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小 B．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大 C．所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能 D．所有核電站既有重核裂變，又有輕核聚變釋放大量的原子能 E．如果核電站能實現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理更簡單，對環(huán)境污染更小 【解析】　目前核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核裂變在核反應(yīng)堆中應(yīng)用的是比較清潔的能源，故A、C正確，B、D錯，如果核電站能實現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理起來比鈾核裂變廢料更容易，對環(huán)境污染也更小，E正確． 【答案】　ACE 6．我國自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)．設(shè)可控?zé)岷藢嶒灧磻?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，光速為c，正確說法正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H―→He＋n B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應(yīng)放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2 D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用裝置的核反應(yīng)原理相同 E．可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實現(xiàn)發(fā)電 【解析】　核反應(yīng)方程為H＋H―→He＋n，選項A正確；反應(yīng)過程中向外釋放能量，故質(zhì)量有虧損，且釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項B錯誤，C正確；可控?zé)岷朔磻?yīng)為核聚變，大亞灣核電站所用核裝置反應(yīng)原理為核裂變，可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實現(xiàn)發(fā)電，故D錯誤，E正確． 【答案】　ACE 7．太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子(H)聚變?yōu)?個氦核(He)的熱核反應(yīng)．核反應(yīng)方程是4H―→He＋2X，這個核反應(yīng)釋放出大量核能．已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c.下列說法中正確的是(　　) A．方程中的X表示中子(n) B．方程中的X表示電子(e) C．這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2 D．這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2 E．這個核反應(yīng)過程中有兩個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為兩個中子 【解析】　由質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，方程中的X表示電子e，A錯誤，B正確；這個核反應(yīng)過程中，生成物He中含有兩個質(zhì)子和兩個中子，故四個質(zhì)子中有兩個轉(zhuǎn)化為中子，同時放出兩個正電子，E正確；該反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2－2m3，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C錯誤，D正確． 【答案】　BDE 8．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為 H＋C―→N＋Q1?、?， H＋N―→C＋X＋Q2　②， 方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量如表： 原子核 H H He C N N 質(zhì)量/u 1.007 8 3.016 6 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 則可以推斷X是________，方程中Q1和Q2的大小關(guān)系是Q1________Q2. 【解析】　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為He，①式的質(zhì)量虧損為Δm1＝1.007 8 u＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u．②式的質(zhì)量虧損為Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，所以Δm2>Δm1根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2>Q1. 【答案】　He　< 9．在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是什么？ 【解析】　控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是控制中子的數(shù)量，其有效方法是用吸收中子能力很強的鎘棒插入鈾燃料周圍，鎘棒插入的深度不同，就會控制中子的數(shù)目，達到控制核反應(yīng)的目的． 【答案】　通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變中子數(shù) [能力提升] 10．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，使等離子體約束時間達1 000 s，溫度超過1億攝氏度，這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平．合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方．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．兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子 B．兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子 C．兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2 D．兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2 E．與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 【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－m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小，而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強的放射性，故A、C錯誤，B、D、E正確． 【答案】　BDE 11．我國秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機組，發(fā)電站的核能來源于U的裂變，下列說法正確的是(　　) A.U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子 B.U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為U＋n→Xe＋Sr＋2n C.U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短 D．一個U裂變能放出200 MeV的能量，合3.210－11 J E．通過改變半衰期來控制鏈式反應(yīng)的速度 【解析】　由U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C、E錯誤；因為200 MeV＝2001061.610－19 J＝3.210－11 J，所以D正確． 【答案】　ABD 12．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子所帶負電的電荷量為元電荷，π0介子不帶電．如圖462所示的1個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點相切，它的半徑R與R之比為2∶1，π0介子的軌跡未畫出，由此可知，π－的動量大小與π0的動量大小之比為________. 【導(dǎo)學(xué)號：78220061】 圖462 【解析】　根據(jù)洛倫茲力提供向心力知，qvB＝mv2/R，故有p＝mv＝qBR，所以K－與π－的動量大小之比為2∶1，規(guī)定K－的方向為正方向，由動量守恒定律得：pK－＝－pπ－＋pπ0，所以pπ0＝3pπ－. 【答案】　1∶3 13．有一種聚變反應(yīng)是四個氫核聚變成一個氦核，同時放出兩個正電子．求： (1)該聚變反應(yīng)釋放多少能量？ (2)若1 g氫完全聚變，能釋放多少能量？ (3)1 g氫完全聚變，釋放的能量相當于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的熱值q＝3.36107 J/kg，氫核質(zhì)量為1.008 142 u，氦核質(zhì)量為4.001 509 u，電子的質(zhì)量為0.000 549 u) 【導(dǎo)學(xué)號：78220062】 【解析】　(1)核反應(yīng)方程為：4H―→He＋2e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝41.008 142 u－4.001 509 u－20.000 549 u＝0.029 961 u ΔE＝0.029 961931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.4710－12 J. (2)1 g氫完全聚變釋放的能量為 E＝6.0210234.4710－12 J＝6.731011 J. (3)相當于煤完全燃燒的質(zhì)量為： m＝ kg＝2.00104 kg. 【答案】　(1)4.4710－12 J　(2)6.731011 J (3)2.00104 kg