第6節(jié) 核能利用 第7節(jié) 小粒子與大宇宙(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)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(duì)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(duì)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(cuò)，E正確【答案】CDE2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(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定C當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，恒星內(nèi)發(fā)生氦聚變，亮度增強(qiáng)D恒星最終都會(huì)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(jìn)行，A錯(cuò)恒星在主序星階段時(shí)停留時(shí)間最長(zhǎng)、最穩(wěn)定，B對(duì)恒星內(nèi)由氫聚變轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぞ圩儠r(shí)，亮度增加，C對(duì)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(cuò)，E對(duì)【答案】BCE3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(qiáng)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(qiáng)子D光子屬于輕子E子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大，因此它屬于強(qiáng)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，子屬于輕子【答案】ABC4下列所述正確的是()A強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子B輕子是不參與強(qiáng)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(cuò)誤；而目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種，C錯(cuò)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】ABD5為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國(guó)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(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中要求2020年核電運(yùn)行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到4 000萬千瓦的水平，請(qǐng)根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，判斷下列說法中正確的是()A核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小B核能發(fā)電對(duì)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(shí)現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理更簡(jiǎn)單，對(duì)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?cè)诤朔磻?yīng)堆中應(yīng)用的是比較清潔的能源，故A、C正確，B、D錯(cuò)，如果核電站能實(shí)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(duì)環(huán)境污染也更小，E正確【答案】ACE6我國(guó)自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)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?shí)驗(yàn)反應(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HHHenB由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1m2m3m4C核反應(yīng)放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D這種裝置與我國(guó)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(shí)現(xiàn)發(fā)電【解析】核反應(yīng)方程為HHHen，選項(xiàng)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Emc2(m1m2m3m4)c2，選項(xiàng)B錯(cuò)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(shí)現(xiàn)發(fā)電，故D錯(cuò)誤，E正確【答案】ACE7太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(He)的熱核反應(yīng)核反應(yīng)方程是4HHe2X，這個(gè)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(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損m4m1m2D這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能E(4m1m22m3)c2E這個(gè)核反應(yīng)過程中有兩個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為兩個(gè)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(cuò)誤，B正確；這個(gè)核反應(yīng)過程中，生成物He中含有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，故四個(gè)質(zhì)子中有兩個(gè)轉(zhuǎn)化為中子，同時(shí)放出兩個(gè)正電子，E正確；該反應(yīng)中質(zhì)量虧損m4m1m22m3，釋放的核能Emc2(4m1m22m3)c2，C錯(cuò)誤，D正確【答案】BDE8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(gè)核反應(yīng)方程為HCNQ1，HNCXQ2，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HHHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 64.002 612.000 013.005 715.000 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，式的質(zhì)量虧損為m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u式的質(zhì)量虧損為m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，所以m2>m1根據(jù)質(zhì)能方程Emc2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(qiáng)的鎘棒插入鈾燃料周圍，鎘棒插入的深度不同，就會(huì)控制中子的數(shù)目，達(dá)到控制核反應(yīng)的目的【答案】通過自動(dòng)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(guó)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(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)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(2m1m3m4)c2D兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m2)c2E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2HHeX知X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E(2m1m3m2)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(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D、E正確【答案】BDE11我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機(jī)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(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子B.U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為UnXeSr2nC.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(gè)U裂變能放出200 MeV的能量，合3.21011 JE通過改變半衰期來控制鏈?zhǔn)椒磻?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(cuò)誤；因?yàn)?00 MeV2001061.61019 J3.21011 J，所以D正確【答案】ABD12K介子衰變的方程為K0，其中K介子和介子所帶負(fù)電的電荷量為元電荷，0介子不帶電如圖462所示的1個(gè)K介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，它的半徑R與R之比為21，0介子的軌跡未畫出，由此可知，的動(dòng)量大小與0的動(dòng)量大小之比為_. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78220061】圖462【解析】根據(jù)洛倫茲力提供向心力知，qvBmv2/R，故有pmvqBR，所以K與的動(dòng)量大小之比為21，規(guī)定K的方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得：pKpp0，所以p03p.【答案】1313有一種聚變反應(yīng)是四個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核，同時(shí)放出兩個(gè)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(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的熱值q3.36107 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(hào)：78220062】【解析】(1)核反應(yīng)方程為：4HHe2e，所以m4mHmHe2me41.008 142 u4.001 509 u20.000 549 u0.029 961 uE0.029 961931.5 MeV27.91 MeV4.471012 J.(2)1 g氫完全聚變釋放的能量為E6.0210234.471012 J6.731011 J.(3)相當(dāng)于煤完全燃燒的質(zhì)量為：m kg2.00104 kg.【答案】(1)4.471012 J(2)6.731011 J (3)2.00104 kg