2018-2019学年课时训练19　核聚变　粒子和宇宙

题组一　核聚变

1.(多选)下列关于聚变的说法中,正确的是(　　)

A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功

B.轻核聚变需要几百万摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应

C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应

D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应

解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功。原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的。在太阳和许多恒星内部存在着热核反应。

答案:ABCD

2.(多选)关于聚变,以下说法正确的是(　　)

A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量

B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍

C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积

D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能

解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故A错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功,故C错误,D正确。

答案:BD

3.科学家发现在月球上含有丰富的He(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HeHe→He。关于He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.聚变反应没有质量亏损

D.目前核电站都采用He聚变反应发电

解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。

答案:B

题组二　粒子和宇宙

4.关于粒子,下列说法中正确的是(　　)

A.光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子

B.质量比核子大的粒子都参与强相互作用

C.强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成

D.许多粒子都存在反粒子

解析:质子、中子本身有复杂结构,选项A错误;τ子的质量比核子的质量大,但它属于轻子,不参与强相互作用,选项B错误;现代实验还没有发现轻子的内部结构,选项C错误。

答案:D

5.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,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(　　)

A.一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成

B.一个带负电荷的质子和一个带正电荷的中子构成

C.由一个不带电荷的中子和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正电荷的电子构成

解析:氢原子由质子和电子组成,它们的反粒子分别是反质子和正电子,选项D正确。

答案:D

6.宇宙诞生过程中,产生如下粒子:①光子、中微子、电子等大量轻子;②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核;③夸克、轻子、胶子等粒子;④质子和中子等强子;⑤电子、质子、氦核的混合电离气体;⑥电子、质子复合成为中性氢原子。

根据宇宙大爆炸理论,以上粒子形成的先后顺序是(　　)

A.①②③④⑤⑥ B.③①④②⑤⑥

C.③④①②⑤⑥ D.①③④②⑥⑤

解析:根据大爆炸理论,宇宙形成之初是粒子家族,其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子,然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化,故选项C正确。

答案:C

7.(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.目前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构

B.自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用

C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象

D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子

解析:媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构,故A正确;反粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。

答案:ACD

8.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)

A.夸克、轻子、胶子等粒子

B.质子和中子等强子

C.光子、中微子和电子等轻子

D.氦核、氚核、氦子等轻核

解析:由大爆炸理论可知,大爆炸之后最早产生的粒子是夸克、轻子、胶子等粒子,故选项A正确。

答案:A

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1.(多选)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,它们带的电荷量如下表所示,表中e为元电荷。

下列说法正确的是(　　)

A.π+由u和组成 B.π+由d和组成

C.π-由u和组成 D.π-由d和组成

解析:根据电荷量关系可知,由于π+介子带有+e的电荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克组成,根据题意可知π+介子(+e)应由一个u夸克(+e)和反d夸克(+e)合成,同理π-介子由d夸克和反u夸克构成。

答案:AD

2.下面是一核反应方程He+X。用c表示光速,则(　　)

A.X是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘c2

B.X是中子,核反应放出的能量等于中子质量乘c2

C.X是质子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和,再乘c2

D.X是中子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和,再乘c2

解析:由质量数守恒及电荷数守恒可得X为n(中子),再根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积,故D项正确。

答案:D

3.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近(　　)

A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg

解析:根据爱因斯坦的质能方程,Δm= kg=4.4×109 kg,D正确。

答案:D

4.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夸克电荷量为+e,d夸克电荷量为-e,e为元电荷。下列论断可能正确的是(　　)

A.质子由一个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和两个d夸克组成

B.质子由两个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和两个d夸克组成

C.质子由一个u夸克和两个d夸克组成,中子由两个u夸克和一个d夸克组成

D.质子由两个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和一个d夸克组成

解析:质子H所带电荷量为2×(+e)+(-e)=+e,中子n所带电荷量为+e+2×(-e)=0,故B正确。

答案:B

5.(2017天津理综)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　)

“人造太阳”核心部件首获国际认证

AHen

BHeH

CHeAln

DBaKr+n

解析:核聚变是指质量小的原子核,比如氘和氚,在一定条件下互相聚合,生成新的质量更大的原子核,故A正确。B、C项,属于发现质子、中子的人工转变方程,D项属于重核裂变方程,故B、C、D错。

答案:A

6.质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的。两个强作用相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”);在距离较远时,它们之间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”)。作为一个简单的模型,设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系式为F=式中F0为大于零的常量,负号表示引力,用U表示夸克间的势能,令U0=F0(r2-r1),取无穷远为零势能点。下列U-r图象中正确的是(　　)

解析:由于在无穷远处势能为零,在r1≤r≤r2之间表现为引力;靠近时,引力做正功,电势能减少;距离在 01间F=0,势能不变。所以B正确。