4核裂變與核聚變5“基本”粒子【基礎鞏固】1.下列說法正確的是 ()A.最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子,最早發(fā)現(xiàn)的強子是中子B.質子、中子、介子和超子都屬于強子C.強子、輕子都有內部結構D.τ子質量比核子質量大,τ子不屬于輕子解析:最早發(fā)現(xiàn)的強子是質子,最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子,選項A錯誤.強子有內部結構,強子由夸克組成,還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內部結構,選項C錯誤.質子、中子、介子、超子都屬于強子,τ子質量比核子質量大,但仍屬于輕子,選項B正確,選項D錯誤.答案:B2.(2023·廣東深圳)今年兩會期間,核聚變領域專家表示,可控核聚變技術研發(fā)已進入快車道,預計再過30年可以實現(xiàn)商用.下列相關描述正確的是()A.目前核電站使用的都是核聚變技術B.核反應

92235U+01nBa+36C.太陽是一個巨大的核聚變反應堆D.原子彈是利用核聚變原理制成的解析:目前核電站使用的都是核裂變技術,A錯誤;核反應

92235U+01nBa+

3689Kr+301n是核裂變,B錯誤;太陽是一個巨大的核聚變反應堆,C正確答案:C3.科學家發(fā)現(xiàn)月球上含有豐富的

23He(氦3),它是一種高效、清潔、安全的核聚變燃料,其參與的一種核聚變反應的方程式為223He211H+24He,關于

A.核聚變反應不會釋放能量B.核聚變反應產生了新的原子核C.核聚變反應沒有質量虧損D.目前核電站都采用

23解析:核聚變反應中產生了新的原子核,同時由于發(fā)生了質量虧損,會有核能的釋放,選項B正確,選項A、C錯誤.目前核電站采用重核裂變的方法來利用核能發(fā)電,選項D錯誤.答案:B4.(多選)關于核反應堆,下列說法正確的是 ()A.鈾棒是核燃料,鈾核裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能解析:鈾棒是核燃料,鈾核裂變時可放出能量,選項A正確.鎘棒吸收中子的能力很強,作用是調節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度,即控制反應堆功率,選項B正確.熱中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速,石墨的作用是使中子減速,選項C錯誤.水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應堆內外循環(huán)流動,把反應堆內的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時也使反應堆冷卻,控制溫度,選項D正確.答案:ABD5.發(fā)電站的核能來源于

92235U的核裂變,下列說法正確的是 (A.反應堆中核反應速度通常是采用調節(jié)

92235B.92235U的一種可能裂變是

92235U+01nC.92235U是天然放射性元素D.雖然核電站能提供很大的能量,但它對環(huán)境的污染比火電站嚴重解析:反應堆中核反應速度由控制棒(鎘棒)吸收中子的多少來控制,選項A錯誤.92235U核裂變有多種可能性,這是其中常見的一種,選項B正確.放射性元素的半衰期由原子核本身決定,與溫度、壓強等外界條件無關,選項C錯誤.核電站對環(huán)境的污染比火電站小,選項D錯誤答案:B6.我國自行研制了可控熱核反應實驗裝置“超導托卡馬克”(英文名稱:EAST,俗稱“人造太陽”).設熱核實驗反應前氘核(12H)的質量為m1,氚核(13H)的質量為m2,反應后氦核(24He)的質量為m3,中子(01n)的質量為mA.這種裝置中發(fā)生的核反應方程是

12H+13H2B.由核反應過程質量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反應放出的能量等于(m1-m2-m3-m4)c2D.這種裝置與我國核電站所使用裝置的核反應原理相同解析:核反應方程為

12H+13HHe+01n,選項A正確.反應過程中向外釋放能量,質量有虧損,且釋放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,選項B、C錯誤.熱核反應為核聚變,核電站所用裝置核反應原理為核裂變答案:A7.(多選)鈾核裂變反應中的一個核反應方程為

92235U+01nXe+3890Sr+1001n,已知

92235U核的質量為235.0439u,中子的質量為1.0087u,3890A.質量虧損為Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072)uB.質量虧損為Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)uC.釋放的總能量為ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×(3×108)2JD.釋放的總能量為ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×931.5MeV解析:計算質量虧損時要用反應前的總質量減去反應后的總質量,二者之差可用u或kg作為單位,選項A錯誤,選項B正確.質量單位為u時,可直接用“1u相當于931.5MeV的能量”計算總能量,選項D正確.當質量單位為kg時,直接乘c2,能量單位才是J,選項C錯誤.答案:BD8.太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應,這個核反應釋放出的大量能量就是太陽能.已知質子質量為mH=1.0073u,氦核質量為mHe=4.0015u,電子質量為me=0.00055u,1u相當于931.5MeV的能量,光在真空中的速度c=3×108m/s.(1)寫出這個核反應方程.(2)這一核反應能釋放多少能量?(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,則太陽每秒減少的質量為多少千克?解析:(1)由題意可得核反應方程為411HHe+21(2)反應前的質量m1=4mH=4×1.0073u=4.0292u,反應后的質量m2=mHe+2me=4.0015u+2×0.00055u=4.0026u,Δm=m1-m2=0.0266u,由ΔE=Δmc2得,釋放的能量ΔE=0.0266×931.5MeV=24.78MeV.(3)由ΔE=Δmc2得太陽每秒減少的質量Δm'=ΔE'c2=答案:(1)411HHe+210e(2)24.78MeV(3)4.【拓展提高】9.(多選)已知π+介子、π-介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克u或反夸克d)組成的,它們的電荷量如下表所示,表中e為元電荷.粒子π+π-udud電荷量+e-e+2e-e-2e+e下列說法正確的是 ()A.π+由u和d組成B.π+由d和u組成C.π-由u和d組成D.π-由d和u組成解析:π+介子的電荷量為+e,且是由一個夸克和一個反夸克組成的.由題知夸克u的電荷量為+23e,反夸克d的電荷量為+13e,23e+13e=e,那么π+介子就是由夸克u和反夸克d組成的;同理,π-介子由夸克d和反夸克u組成.所以選項A答案:AD10.(多選)一種典型的鈾核裂變是生成鋇和氪,同時放出3個中子,核反應方程是

92235U+XBa+

3689Kr+301n,已知部分原子核的比結合能與核子數(shù)的關系如圖所示A.核反應方程中,X粒子是中子B.核反應方程中,X粒子是質子C.92235U、56144Ba、3689KrD.92235U、56144Ba、3689Kr解析:根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X一定是中子,選項A正確,選項B錯誤.分析比結合能隨核子數(shù)變化的曲線可知,在鐵原子核附近的原子核比結合能最大,然后隨核子數(shù)的增大,比結合能減小,所以

92235U、561443689Kr核的比結合能最大,最穩(wěn)定,選項C錯誤.原子核中核子數(shù)越多的結合能越大,92235U、56144Ba、3689Kr相比,92235答案:AD11.某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應方程為

11H+612CN+Q1,11H+715NC+X+Q2,方程中Q1、原子核

1

2

2

6

7

7質量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是 ()A.X是

23He,Q2>B.X是

24He,Q2>C.X是

23He,Q2<D.X是

24He,Q2<解析:根據核反應中質量數(shù)與電荷數(shù)守恒容易求得新核X的質量數(shù)為4、電荷數(shù)為2,即X是

24He;根據表中提供的數(shù)據,可以求得第2個核反應的質量虧損大,根據ΔE=Δmc2必然有Q1<Q2,選項B答案:B12.用中子轟擊鈾核(92235U),其中的一個可能反應是分裂成鋇(56141Ba)和氪(3692Kr)兩部分,mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kg,mBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.6047×10-27kg.試寫出核反應方程,求出反應中釋放的核能.光在真空中的速度c=3×108m/s.解析:根據反應前后質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變方程為

01n+92235UBa+核反應前后的質量虧損為Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=3.578×10-28kg,由ΔE=Δmc2可得釋放的核能為ΔE=Δmc2=3.2202×10-11J.答案:01n+92235UBa+3692Kr+30113.兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核,已知氘核質量mD=2.0136u,氦核質量mHe=3.0150u,中子質量mn=1.0087u.1u相當于931.5MeV的能量.(1)計算釋放出的核能.(2)若反應前兩氘核的動能均為Ek0=0.35MeV,它們正撞發(fā)生核聚變,且反應后釋放的核能全部轉化為動能,解析:(1)核反應方程為212HHe+反應前后質量虧損Δm=2mD-mHe-mn=0.0035u,由1u相當于931.5MeV的能量得釋放出的核能ΔE=0.0035×931.5MeV=3.26MeV.(2)將兩氘核作為一個系統(tǒng),由動量守恒有0=mHevHe+mnvn,EkHe=12mHevHe2,Ekn=12由能量守恒有12mHevHe2+12mnvn2代入數(shù)據可得EkHe=0.99MeV,Ekn=2.97MeV.答案:(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】14.太陽中所發(fā)生的“氫聚變”實際上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”進行的,其具體反應過程為如圖所示的六步循環(huán),這個循環(huán)被稱為“碳循環(huán)”,太陽能主要就是由這個“碳循環(huán)”產生的.根據以上信息,下列說法正確的是()A.X粒子是電子B.Y粒子