核聚變粒子和宇宙題組一核聚變1.(多選)下列關于聚變的說法中,正確的是()A.要使聚變產生,必須克服庫侖斥力做功B.輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫,因此聚變又叫熱核反應C.原子彈爆炸能產生幾百萬攝氏度的高溫,所以氫彈利用原子彈引發熱核反應D.太陽和許多恒星內部都在激烈地進行著熱核反應解析:聚變時,要使輕核之間的距離達到10-15 m,所以必須克服庫侖斥力做功。原子核必須有足夠的動能,才能使它們接近核力能發生作用的范圍。實驗證明,原子核必須處在幾百萬攝氏度以上的高溫才有這樣的能量,氫彈是利用原子彈爆炸獲得高溫引發熱核反應的。在太陽和許多恒星內部存在著熱核反應。答案:ABCD2.(多選)關于聚變,以下說法正確的是()A.兩個輕核聚變為中等質量的原子核時釋放出能量B.同樣質量的物質發生聚變時放出的能量比同樣質量的物質裂變時釋放的能量大好多倍C.聚變反應的條件是聚變物質的體積達到臨界體積D.發生聚變反應時的原子核必須有足夠大的動能解析:兩個輕核聚合為較大質量的原子核就可釋放能量,但不一定是中等質量的核,故A錯誤。聚變反應放出的能量比同樣質量的物質裂變時放出的能量大得多,這點我們由聚變反應的特點就可以知道,故B正確。裂變反應的條件是裂變物質的體積達到臨界體積,而聚變反應的條件是原子核間距達到10-15 m,故要求有足夠大的動能才能克服電荷間強大的斥力做功,故C錯誤,D正確。答案:BD3.科學家發現在月球上含有豐富的He(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HeHeHe。關于He聚變,下列表述正確的是()A.聚變反應不會釋放能量B.聚變反應產生了新的原子核C.聚變反應沒有質量虧損D.目前核電站都采用He聚變反應發電解析:聚變反應是輕核變為較大質量核的反應,發生質量虧損,釋放能量。目前核電站采用重核裂變反應。答案:B題組二粒子和宇宙4.關于粒子,下列說法中正確的是()A.光子、電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本粒子B.質量比核子大的粒子都參與強相互作用C.強子、輕子、媒介子都由更基本的粒子夸克組成D.許多粒子都存在反粒子解析:質子、中子本身有復雜結構,選項A錯誤;子的質量比核子的質量大,但它屬于輕子,不參與強相互作用,選項B錯誤;現代實驗還沒有發現輕子的內部結構,選項C錯誤。答案:D5.正電子是電子的反粒子,它跟普通電子的電荷量相等,而電性相反,科學家設想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構成的物質反物質。1997年,歐洲和美國的科學研究機構先后宣布:他們分別制造出9個和7個反氫原子。這是人類探索反物質的一大進步,你推測反氫原子的結構是()A.一個帶正電荷的質子和一個帶負電荷的電子構成B.一個帶負電荷的質子和一個帶正電荷的中子構成C.由一個不帶電荷的中子和一個帶負電荷的電子構成D.由一個帶負電荷的質子與一個帶正電荷的電子構成解析:氫原子由質子和電子組成,它們的反粒子分別是反質子和正電子,選項D正確。答案:D6.宇宙誕生過程中,產生如下粒子:光子、中微子、電子等大量輕子;氘核、氚核、氦3、氦核等輕核;夸克、輕子、膠子等粒子;質子和中子等強子;電子、質子、氦核的混合電離氣體;電子、質子復合成為中性氫原子。根據宇宙大爆炸理論,以上粒子形成的先后順序是()A.B.C.D.解析:根據大爆炸理論,宇宙形成之初是粒子家族,其后產生了夸克、輕子、膠子等粒子,然后按強子時代、輕子時代、核合成時代、混合電離氣體、中性氫原子的順序演化,故選項C正確。答案:C7.(多選)下列說法中正確的是()A.目前還未發現媒介子、輕子和夸克三類粒子的內部結構B.自然界存在的能量守恒定律、動量守恒定律及電荷守恒定律,對基本粒子不適用C.反粒子與其對應的粒子相遇時,會發生湮滅現象D.強子是參與強相互作用的粒子,質子是最早發現的強子解析:媒介子、輕子和夸克在現代實驗中還沒有發現其內部結構,故A正確;反粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對應的粒子相遇時會發生湮滅現象,故C正確;質子是最早發現的強子,故D正確。答案:ACD8.根據宇宙大爆炸的理論,在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風采的時期,那么在大爆炸之后最早產生的粒子是()A.夸克、輕子、膠子等粒子B.質子和中子等強子C.光子、中微子和電子等輕子D.氦核、氚核、氦子等輕核解析:由大爆炸理論可知,大爆炸之后最早產生的粒子是夸克、輕子、膠子等粒子,故選項A正確。答案:A(建議用時:30分鐘)1.(多選)已知+介子、-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,它們帶的電荷量如下表所示,表中e為元電荷。+-ud電荷量+e-e+e-e-e+e下列說法正確的是() A.+由u和組成B.+由d和組成C.-由u和組成D.-由d和組成解析:根據電荷量關系可知,由于+介子帶有+e的電荷量,又由于+介子是由u夸克和d夸克組成,根據題意可知+介子(+e)應由一個u夸克(+e)和反d夸克(+e)合成,同理-介子由d夸克和反u夸克構成。答案:AD2.下面是一核反應方程He+X。用c表示光速,則()A.X是質子,核反應放出的能量等于質子質量乘c2B.X是中子,核反應放出的能量等于中子質量乘c2C.X是質子,核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和,再乘c2D.X是中子,核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子的質量和,再乘c2解析:由質量數守恒及電荷數守恒可得X為n(中子),再根據質能方程可得核反應放出的能量為反應前后質量虧損與c2的乘積,故D項正確。答案:D3.太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為41026 J,根據愛因斯坦質能方程,太陽每秒鐘減少的質量最接近()A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg解析:根據愛因斯坦的質能方程,m= kg=4.4109 kg,D正確。答案:D4.目前普遍認為,質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克電荷量為 +e,d夸克電荷量為-e,e為元電荷。下列論斷可能正確的是()A.質子由一個u夸克和一個d夸克組成,中子由一個u夸克和兩個d夸克組成B.質子由兩個u夸克和一個d夸克組成,中子由一個u夸克和兩個d夸克組成C.質子由一個u夸克和兩個d夸克組成,中子由兩個u夸克和一個d夸克組成D.質子由兩個u夸克和一個d夸克組成,中子由一個u夸克和一個d夸克組成解析:質子H所帶電荷量為2(+e)+(-e)=+e,中子n所帶電荷量為+e+2(-e)=0,故B正確。答案:B5.(多選)由我國自行設計、研制的世界上第一個全超導托卡馬克EAST核聚變實驗裝置被稱為“人造太陽”。下列關于“人造太陽”的說法中正確的是()A.“人造太陽”的核反應方程式是H+HnB.“人造太陽”的核反應方程式是nBa+Kr+nC.根據公式E=mc2可知,該燃料的質量相同時,聚變反應釋放的能量比裂變反應大得多D.根據公式E=mc2可知,核燃料的質量相同時,聚變反應釋放的能量與裂變反應釋放的能量相同解析Hen是氫核聚變方程,故A正確。根據氫核聚變特點,相同質量的核燃料,氫核聚變釋放的能量比裂變反應大得多,故C正確。答案:AC6.質子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的。兩個強作用相反(類似于正負電荷)的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用(稱為“漸近自由”);在距離較遠時,它們之間就會出現很強的引力(導致所謂“夸克禁閉”)。作為一個簡單的模型,設這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關系式為F=式中F0為大于零的常量,負號表示引力,用U表示夸克間的勢能,令U0=F0(r2-r1),取無窮遠為零勢能點。下列U-r圖象中正確的是()解析:由于在無窮遠處勢能為零,在r1rr2之間表現為引力;靠近時,引力做正功,電勢能減少;距離在 0rr1間F=0,勢能不變。所以B正確。答案:B7.大爆炸理論認為,我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外,在演化至今的大部分時間內,宇宙基本上是勻速膨脹的。20世紀末,對1 A型超新星的觀測顯示,宇宙正在加速膨脹。面對這個出人意料的發現,宇宙學家探究其背后的原因,提出宇宙的大部分可能由暗能量組成,它們的排斥作用導致宇宙在近段天文時期內開始加速膨脹。如果真是這樣,則標志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關系,大致是下面哪個圖象()解析:勻速膨脹過程R=vt+R0,R-t圖象是線性的;當加速膨脹時R=R0+v0t+kat2(R0為加速開始的半徑,v0為加速開始的初速度,a為膨脹加速度),R-t圖象變為曲線,并且是向上彎曲的,因此只有C圖象是可能的。答案:C8.下列說法中正確的是()A.太陽是宇宙的中心B.太陽系中只存在太陽和它的八大行星C.太陽系是由太陽和若干行星以及它們的衛星還有彗星組成的D.以上說法都正確解析:太陽系中以太陽為中心,有八大行星繞太陽運行,有的行星還有衛星,此外還有2 000多顆比較小的小行星和彗星等,所以敘述較完整的是C項。通常我們所說的八大行星是指太陽系中較大的幾顆行星,太陽系的組成中還有小行星和彗星。答案:C9.天文觀測表明,幾乎所有遠處的恒星(或星系)都在以各自的速度背離我們而運動,離我們越遠的星體,背離我們運動的速度(稱為退行速度)越大;也就是說,宇宙在膨脹。星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比,即v=Hr。式中H為一常量,稱為哈勃常數,已由天文觀察測定。為解釋上述現象,有人提出一種理論,認為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的。假設大爆炸后各星體以不同的速度向外勻速運動,并設想我們就位于其中心,則速度越大的星體現在離我們越遠。這一結果與上述天文觀測一致。(1)由上述理論和天文觀測結果,可估算宇宙年齡T,其計算式是什么?(2)根據觀測,哈勃常數H=310-2米/秒光年,其中光年是光在一年中行進的距離,由此估算宇宙的年齡約為多少年?解析:(1)由于爆炸后各星體做的是勻速運動,令宇宙年齡為T,則星球現距我們的距離為r=vT=HrT,得T=。(2)T=年=11010年。答案:(1)T=(2)11010年10.兩個中子和兩個質子結合成一個氦核,同時釋放一定的核能,若已知中子質量為1.008 7 u,質子質量為1.007 3 u,氦核質量為4.002 6 u。試計算用中子和質子生成1 kg氦時要釋放的核能。解析:計算核能的步驟一般是:首先,寫出核反應方程;其次,計算質量虧損m;