（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 原子與原子核 3.3 原子核 3.3.7-3.3.8 核聚變 粒子和宇宙學(xué)案 新人教版選修3-5.doc

3.3.7核聚變3.3.8粒子和宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.了解聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條件。2.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展，會(huì)判斷和填寫(xiě)核聚變方程，并能計(jì)算核聚變釋放的能量。3.知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量，如果能加以控制將為人類(lèi)提供廣闊的能源前景。4.知道粒子的分類(lèi)及其作用，了解夸克模型。5.了解宇宙及恒星的演化。1個(gè)概念核聚變1個(gè)條件聚變反應(yīng)條件一、核聚變1.定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出能量的反應(yīng)。2.舉例：HHHen17.6 MeV3.條件：要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到1015m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力，這就要求原子核具有足夠的動(dòng)能，有一種方法就是把它們加熱到很高的溫度，溫度高達(dá)幾百萬(wàn)開(kāi)爾文，因此聚變又叫熱核反應(yīng)。4.應(yīng)用：目前，熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是氫彈，需要用原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。5.太陽(yáng)能：太陽(yáng)的主要成分是氫，太陽(yáng)中心溫度可達(dá)1.5107 K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著，太陽(yáng)能就來(lái)自于太陽(yáng)內(nèi)部聚變 釋放的核能。思考判斷(1)核聚變時(shí)吸收能量。()(2)核聚變平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大。()(3)熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是原子彈。()答案(1)(2)(3)二、受控?zé)岷朔磻?yīng)1.聚變的優(yōu)點(diǎn)：第一：輕核聚變產(chǎn)能效率高。第二：地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。第三：輕核聚變更為安全、清潔，控制溫度，可控制反應(yīng)，而且生成的廢物數(shù)量少、易處理。2.聚變的難點(diǎn)：地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受熱核反應(yīng)的高溫。3.控制方法(1)磁約束：利用磁場(chǎng)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是環(huán)流器。(2)慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時(shí)間內(nèi)來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)，在慣性約束下，用激光從各個(gè)方向照射反應(yīng)物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。思考判斷(1)輕核聚變比裂變更安全、清潔。()(2)實(shí)現(xiàn)核聚變的難點(diǎn)是地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。()(3)現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，能夠穩(wěn)定地輸出聚變能。()答案(1)(2)(3)三、粒子和宇宙1.基本粒子不基本(1)19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子。(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了子，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和介子及以后的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大的超子。(2)粒子的分類(lèi)：按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，可將粒子分為三大類(lèi)：強(qiáng)子、輕子和媒介子。(3)夸克模型的提出：1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克?？淇四Ｐ椭赋鲭娮与姾刹辉偈请姾傻淖钚挝?，即存在分?jǐn)?shù)電荷。3.宇宙和恒星的演化(1)宇宙的演化宇宙大爆炸約溫度為1032 K，產(chǎn)生了夸克、輕子、膠子等粒子溫度下降到1013 K左右，強(qiáng)子時(shí)代溫度下降到1011K時(shí)，輕子時(shí)代溫度下降到109 K時(shí)，核合成時(shí)代溫度下降到104 K，混合電離態(tài)溫度下降到3 000 K時(shí)，中性的氫原子恒星和星系。(2)恒星的演化：宇宙塵埃星云團(tuán)恒星誕生氫核聚合成氦核氦核聚合成碳核其他聚變過(guò)程無(wú)聚變反應(yīng)，形成白矮星或中子星或黑洞。思考判斷(1)質(zhì)子、中子不能再分。()(2)夸克的帶電量是電子電荷的整數(shù)倍。()(3)太陽(yáng)目前正處于氫通過(guò)熱核反應(yīng)成為氦，以電磁波的形式向外輻射核能的階段。()答案(1)(2)(3)核聚變的特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn)歸納1.核聚變的特點(diǎn)(1)輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)。(2)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。(3)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。(4)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。2.核聚變的應(yīng)用(1)核武器氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。3.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大34倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡(jiǎn)單得多原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富。1 L水中大約有0.03 g氘，如果用來(lái)進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油釋放的能量相當(dāng)可控性速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它精典示例例1 關(guān)于核聚變的說(shuō)法正確的是()A.聚變是裂變的逆反應(yīng)B.如果裂變釋放能量，則聚變反應(yīng)一定吸收能量C.聚變反應(yīng)須將熱核燃料加熱到數(shù)百萬(wàn)度以上的溫度，顯然是吸熱反應(yīng)D.聚變和裂變都可以釋放出巨大的能量審題指導(dǎo)(1)聚變反應(yīng)和裂變反應(yīng)的定義。(2)吸能和放能的判斷依據(jù)。(3)聚變反應(yīng)的條件。解析從形式上看聚變和裂變好像是互逆反應(yīng)，其實(shí)不然，兩者的反應(yīng)物和生成物全然不同，裂變是重核分裂成中等核，而聚變是兩個(gè)輕核聚合為質(zhì)量較大的輕核，兩者不可能互為逆反應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；聚變和裂變反應(yīng)的質(zhì)量都發(fā)生了虧損，故都是放能反應(yīng)，要放出巨大的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；聚變反應(yīng)須將熱核燃料加熱到數(shù)百萬(wàn)度以上的溫度，但一旦反應(yīng)進(jìn)行，自身釋放的巨大能量足以提供高溫使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，故聚變反應(yīng)是放能反應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案D針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說(shuō)法正確的是()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)量增加解析在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但平均每個(gè)核子釋放的能量一定大，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大能量，則比結(jié)合能一定增加，質(zhì)量發(fā)生虧損，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案B粒子的分類(lèi)和夸克模型要點(diǎn)歸納1.粒子的分類(lèi)分類(lèi)參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用2.夸克模型(1)夸克的提出：1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(2)夸克的種類(lèi)：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。精典示例例2 在衰變中常伴有一種稱(chēng)為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在。(1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即中微子Hne，可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是_。(填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母)A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子()，即ee2。已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.11031 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_(kāi)J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是_。審題指導(dǎo)解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)核反應(yīng)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，判斷質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)。(2)正電子和負(fù)電子的湮滅，根據(jù)質(zhì)能方程判斷光子的能量。(3)根據(jù)動(dòng)量守恒定律判斷產(chǎn)生光子的個(gè)數(shù)。解析(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0，選項(xiàng)A正確。(2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱悖瑒tEmc2，故一個(gè)光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得8.21014 J。正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律。答案(1)A(2)8.21014此過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律針對(duì)訓(xùn)練2 已知介子、介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。粒子ud 帶電荷量eeeeee(1)按最簡(jiǎn)單的組成，介子由誰(shuí)和誰(shuí)組成？(2)按最簡(jiǎn)單的組成，介子由誰(shuí)和誰(shuí)組成？解析(1)介子帶有e的電荷量，且是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，夸克u帶e和反夸克帶e合成電荷量為e。(2)介子帶有e的電荷量，是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，夸克d帶e和反夸克帶e合成電荷量為e。答案(1)介子是由夸克u和反夸克組成的(2)介子由夸克d和反夸克組成1.(多選)聚變與裂變相比，下列說(shuō)法正確的是()A.聚變比裂變產(chǎn)能效率高B.在目前情況下，使原子核聚變要比裂變?nèi)菀證.原子彈的燃料是235UD.氫彈的原理是核的聚變，需由原子彈來(lái)引爆解析聚變比裂變的平均結(jié)合能大，故選項(xiàng)A正確；在目前的條件下，核裂變要比核聚變?nèi)菀缀芏?，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原子彈利用的核裂變?nèi)剂蠟?35U，氫彈利用的核聚變需原子彈引爆，故選項(xiàng)C、D正確。答案ACD2.根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()A.夸克、輕子、膠子等粒子B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子D.氫核、氘核、氦核等輕核解析宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由的光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，因此選項(xiàng)A正確，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，故選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。答案A3.(多選)在某次核反應(yīng)中，1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氦核，則下列說(shuō)法正確的是()A.這是一個(gè)聚變反應(yīng)B.核反應(yīng)方程式為HHHenC.目前核電站都采用上述核反應(yīng)發(fā)電D.該核反應(yīng)沒(méi)有質(zhì)量虧損解析1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氮核，反應(yīng)方程為HHHen，這是聚變反應(yīng)。故選項(xiàng)A、B正確；目前核電站都采用核裂變發(fā)電。故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；該反應(yīng)放出熱量，所以一定有質(zhì)量虧損。故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案AB4.關(guān)于太陽(yáng)輻射的主要由來(lái)，下列說(shuō)法正確的是()A.來(lái)自太陽(yáng)中氫元素聚變反應(yīng)釋放的核能B.來(lái)自太陽(yáng)中碳元素氧化釋放的化學(xué)能C.來(lái)自太陽(yáng)中重元素裂變反應(yīng)釋放的核能D.來(lái)自太陽(yáng)中本身貯存的大量?jī)?nèi)能解析太陽(yáng)的能量來(lái)自于太陽(yáng)內(nèi)部原子核的聚變，通過(guò)聚變可以使太陽(yáng)表面產(chǎn)生約6 000 的高溫。答案A5.太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核同時(shí)放出兩個(gè)正電子的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源。(已知質(zhì)子質(zhì)量為mH1.007 3 u，氦核質(zhì)量為mHe4.001 5 u，電子質(zhì)量為me0.000 55 u)(1)寫(xiě)出這個(gè)核反應(yīng)方程；(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.81026 J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少千克？解析(1)由題意可得核反應(yīng)方程應(yīng)為4HHe2e。(2)反應(yīng)前的質(zhì)量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反應(yīng)后的質(zhì)量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4.002 6 u，mm1m20.026 6 u，由質(zhì)能方程得，釋放能量Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV。(3)由質(zhì)能方程Emc2得太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量m kg4.22109 kg。答案(1)4HHe2e(2)24.78 MeV(3)4.22109 kg1.下列說(shuō)法正確的是()A.聚變是裂變的逆反應(yīng)B.核聚變反應(yīng)須將反應(yīng)物加熱到數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文以上的高溫，顯然是吸收能量C.輕核聚變比裂變更為安全、清潔D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，中子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子解析聚變和裂變的反應(yīng)物和生成物完全不同，兩者無(wú)直接關(guān)系，并非互為逆反應(yīng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫，但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量，所以聚變反應(yīng)還是釋放能量，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；實(shí)現(xiàn)聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了，另外，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)生成的廢物數(shù)量少，容易處理，故選項(xiàng)C正確；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C2.原子核聚變有望給人類(lèi)未來(lái)提供豐富的潔凈能源。當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量。這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6HkHedH2n43.15 MeV，由平衡條件可知()A.k1，d4 B.k2，d2C.k1，d6 D.k2，d3解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分別有4kd212，2kd6，解得k2，d2，選項(xiàng)B正確。答案B3.下面是一核反應(yīng)方程：HHHeX。用c表示光速，則()A.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2B.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2C.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘以c2D.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和，再乘以c2解析由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律可得X為n(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故選項(xiàng)D正確。答案D4.(多選)據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱(chēng)“人造太陽(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是()A.“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是HHHenB.“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是UnBaKr3nC.“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是Emc2D.“人造太陽(yáng)”核能大小的計(jì)算公式是Emc2解析“人造太陽(yáng)”是全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，核反應(yīng)是輕核聚變而不是重核裂變，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；核能大小的計(jì)算根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案AC5.一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變組合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射出一個(gè)光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常數(shù)為h，真空中的光速為c，下列說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)方程是HnHB.聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損mm1m2m3C.輻射出的光子能量E(m3m1m2)cD.光子的波長(zhǎng)解析選項(xiàng)A中核反應(yīng)方程不滿足質(zhì)量數(shù)守恒，A錯(cuò)誤；選項(xiàng)B中m正好是結(jié)合前核子總質(zhì)量與原子核質(zhì)量之差，B正確；由質(zhì)能方程可知輻射出的光子的能量為E(m1m2m3)c2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由c及Eh得，光子的波長(zhǎng)為，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B6.關(guān)于粒子，下列說(shuō)法正確的是()A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強(qiáng)子都是帶電粒子C.夸克模型是探究三大類(lèi)粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位解析由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為e和，說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。答案D7.(多選)下列關(guān)于夸克模型的說(shuō)法正確的是()A.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的B.夸克的電荷量分別為元電荷的或C.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克D.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)解析夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，A、B、C正確。答案ABC8.(多選)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)能和再生能源的政策，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(wàn)千瓦的水平，請(qǐng)根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，判斷下列說(shuō)法正確的是()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.現(xiàn)有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能D.現(xiàn)有核電站既可以利用重核裂變，又可以利用輕核聚變釋放大量的原子能解析目前，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，故選項(xiàng)A、C正確，B、D錯(cuò)誤。答案AC9.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)量見(jiàn)下表：原子核HHeHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推斷正確的是()A.X是He，Q2>Q1 B.X是He，Q2>Q1C.X是He，Q2<Q1 D.X是He，Q2<Q1解析根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒容易求得新核X的質(zhì)量數(shù)為4、電荷數(shù)為2，即X是He；根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)，可以求得第2個(gè)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損大，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程必然有Q1<Q2。答案B10.一個(gè)原來(lái)靜止的鋰核(Li)俘獲一個(gè)速度為7.7104 m/s的中子后，生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦核，已知氚核的速度大小為1.0103 m/s，方向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相反。(1)試寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2)求出氦核的速度大小。解析(1)LinHHe。(2)取中子的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得mnv0mTv1mHev2v22104 m/s。答案(1)LinHHe(2)2104 m/s11.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量mH1.007 3 u，中子質(zhì)量mn1.008 7 u，氚核質(zhì)量mT3.018 0 u。(1)寫(xiě)出聚變方程；(2)釋放出的核能多大？(3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大？解析(1)聚變方程H2nH(2)質(zhì)量虧損mmH2mnm(1.007 321.008 73.018 0) u0.006 7 u，釋放的核能Emc20.006 7931.5 MeV6.24 MeV。(3)平均每個(gè)核子放出的能量為 MeV2.08 MeV。答案(1)H2nH(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV12.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源。近幾年來(lái)，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(jiàn)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 u1.661027 kg。(1)寫(xiě)出氘和氚聚變的反應(yīng)方程；(2)試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來(lái)的能量；(3)若建一座功率為3.0105 kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)化成了電能，求每年要消耗的氘的質(zhì)量。(一年按3.2107 s計(jì)算，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)解析(1)HHHen(2)Emc2(2.014 13.016 04.002 61.008 7)1.66102791016 J2.81012 J(3)MMD kg23 kg答案(1)HHHen(2)2.81012 J(3)23 kg