人教版物理高二选修3-5 19.8 粒子和宇宙同步训练

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物理选修3-5课后训练：第十九章 8粒子和宇宙含解析

课后训练基础巩固1．下列说法正确的是()A．强子是参与强相互作用的粒子B．轻子是不参与强相互作用的粒子C．目前发现的轻子只有8种D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的23+或13-2．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．氢核、氘核、氦核等轻核3．“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是()A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成4. 质子由两个电荷量为23e+的上夸克和一个电荷量为13e-的下夸克组成，假设两个上夸克在半径r＝0.8×10－15m的圆周上，下夸克在圆心上，且三者在同一直径上，如图所示，则每个上夸克受到的静电力大小是________ N。

能力提升5．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的元电荷，π0介子不带电。

如图所示的1个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它的半径R K－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知，π－的动量大小与π0的动量大小之比为()A．1∶1B．1∶2C．1∶3 D．1∶66．加拿大萨德伯里中微子观测站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。

在该研究中有以下说法：①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反其中正确的是()A．①③B．②③C．③④D．①②7．中微子μ是超新星爆发等巨型天体在引力坍缩过程中，由质子和电子合并成中子的过程中产生出来的。

山西省高中物理人教版选修3-5第十九章第8节粒子和宇宙同步练习

山西省高中物理人教版选修3-5第十九章第8节粒子和宇宙同步练习姓名:________ 班级:________ 成绩:________一、选择题 (共8题；共16分)1. （2分） (2017高二下·包头期中) 原子核 Th 表示（）A . 核外有90个电子B . 核内有234个质子C . 核内有144个中子D . 核内有90个核子2. （2分）下列说法不正确的是（）A . 在α、β、γ这三种射线中γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强B . 假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期，一定是有9个原子核发生了衰变C . 某单色光照射一定金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属时可能发生光电效应D . 原子核的比结合能越大，原子核越稳定3. （2分）人类认识原子核的复杂结构并进行研究从（）A . 发现电子开始的B . 发现质子开始的C . 进行α粒子散射实验开始的D . 发现天然放射现象开始的4. （2分）恒星的周年视差证明了（）A . 地球绕其轴心运动B . 地球绕着太阳运动C . 月球绕地球运动D . 太阳质量远远大于地球质量5. （2分）在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致某些疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法中不符合实际情况的是（）A . α射线的电离本领最强，穿透能力最弱B . γ射线的穿透能力最强，电离本领最弱C . γ射线可以单独产生，也可以伴随着α衰变或β衰变产生D . β衰变释放的电子是原子核内中子转化成质子和电子所产生的6. （2分） (2017高二下·重庆期中) 原子核的比结合能与核子数的关系如图，由此可知（）A . 越重的原子核，如铀核（ U），因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定B . 越轻的原子核，如锂核（ Li），因为它的核子只有6个比铀核简单，因而比铀核结合得更坚固更稳定C . 原子核发生衰变的过程是比结合能增大的过程D . 原子核A和B结合成C，原子核F分裂成E和D，都会释放核能7. （2分） (2018高二上·金华月考) 电视机显像管的阴极工作时能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光。

高中物理选修3-5课时作业9：19.6-19.8核裂变核聚变粒子和宇宙

6 核裂变7核聚变8粒子和宇宙一、选择题(1～6为单选题，7～11为多选题)1.下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n2.为使链式反应平稳进行，下列办法可行的是()A.铀块可制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C.通过慢化剂将产生的中子减速D.用镉棒作为慢化剂使中子减速3.秦山核电站第三期工程中有两个6×105kW发电机组已实现并网发电.发电站的核能来源于235U的裂变，下列说法正确的是()92A.反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能裂变为23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D.虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重4.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是()A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大5.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.3MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为()A.21.04MeVB.35.56MeVC.77.64MeVD.92.16MeV6.“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是()A.由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成7.核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富.已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He 的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A.两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B.两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C.两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(m1－m3－m4)c2D.与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性8.以下核反应方程中属于核聚变的是()A.21H＋31H―→42He＋10nB.147N＋42He―→178O＋11HC.11H＋10n―→21H＋γD.411H―→42He＋20+1e9.当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A.含有的质子数比裂变前重核的质子数少B.含有的中子数比裂变前重核的中子数少C.裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D.可能是多种形式的两个核的组合10.在下列四个方程中：X1、X2、X3、X4各代表某种粒子，判断正确的是()①23592U＋10n―→9538Sr＋13854Xe＋3X1②21H＋X2―→32He＋10n③23892U―→23490Th＋X3④2412Mg＋42He―→2713Al＋X4A.X1是中子B.X2是质子C.X3是α粒子D.X4是氚核11.我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于23592U的裂变，现有四种说法正确的是()A.23592U原子核中有92个质子，143个中子B.23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为23592U＋10n―→13854Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D.一个23592U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J二、非选择题12.现有的核电站常用的核反应之一是：235U＋10n→14360Nd＋Zr＋310n＋80 -1e＋ν92(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数.(2)已知铀核的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，钕(Nd)核的质量为142.9098u，锆核的质量为89.9047u，试计算1kg铀235裂变释放的能量为多少焦耳？(已知1u质量相当于931.5MeV的能量，且1u＝1.6606×10－27kg)13.4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程，并计算1g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.(保留三位有效数字)[答案]精析1.D[由核裂变反应的特点知，D正确.]2.C[由于使铀块发生链式反应的体积应大于或等于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接用来轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误.]3.B[反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错.]4.B[在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，故A错误；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误.]5.D[6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.3 MeV＝84.9 MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.]6.B[根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷，因此反氢原子是由1－1H核和0＋1e构成的.]7.BD[由核反应方程知221H→32He＋10X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小.而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C均错误，B、D正确.]8.ACD[轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变.]9.BD[由于在裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子，质子数没有发生变化，而两个新核的中子数减少，A错误，B正确；反应前后质量发生了亏损而释放出能量，并不等于俘获中子的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确.]10.AC11.ABD[由23592U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200MeV＝200×106×1.6×10－19J ＝3.2×10－11J ，所以D 正确.]12.(1)40 90 (2)8.1×1013J[解析] (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90.(2)1kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.0439×1.6606×10－27≈2.56×1024(个) 不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm ＝0.212u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5MeV ≈197.5MeV则1kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5MeV ＝5.056×1026MeV ≈8.1×1013J.13.411H →42He ＋20＋1e 6.74×1010J[解析] 该反应的核反应方程为：411H →42He ＋2 0＋1e ，由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为E 0＝2.8×1064eV ＝7×105eV 1g 氢核(即1mol)所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个应释放出的总能量E 为：E ＝7×105×6.02×1023eV≈6.74×1010J.。

物理选修3-5成长训练：第十九章 8.粒子和宇宙含解析

主动成长夯基达标1.下列说法中正确的是（）A.太阳是宇宙的中心B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星C.太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D.以上说法都正确思路解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C 项.通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星.答案：C2.关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于________.思路解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸.尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜.答案：大爆炸3.现在，科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？思路解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反，所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.答案：4 -24.1997年8月26日在日本举行的国际学术会上，德国的研究组宣布了他们的研究成果：银河系的中心可能存在一个大黑洞.他们的根据是用口径为3.5 m 的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近六年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2 000千米每秒的速度围绕银河系中心旋转.根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（最后结果保留一位有效数字，万有引力常量G=6.67×10-11N·m 2·kg -2）提示：（1）黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；（2）计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，即使墨洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用.思路解析：设黑洞质量为M ，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿千米的星体正以2 000 km/s 的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m 的星体绕银河系中心做圆周运动，则R mv RGMm 22=,得G R v M 2==3.6×1035 kg.由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m ′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离去，则r v m rm GM 22'='得R c v cGM r ⋅==22)(=3×108m.r 为最大半径. 答案：3×108m5.在天体演变的过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子），中子星具有极高的密度.(1)若已知某中子星的密度为107 kg/m 3,该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期;(2)中子星也在绕自转轴自转，则其密度至少应为多大？（假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体，万有引力常量G =6.67×10-11N·m 2·kg -2）思路解析：(1)如右图中所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R ，质量为m ,由万有引力提供向心力，可得22224T R m R M R GMm πϖ==.又当R =r （中子星的半径）时，卫星的运行周期最小，注意到343ρπr M =,由此可得T min =1.2×10-3 s .(2)设中子星的质量为M ，半径为r ，密度为ρ，自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分，万有引力恰好提供向心力，可得r M r GMm 22ϖ=.又ρπ343r M =，整理可得Gπϖρ432=，代入数据，可得ρmin =1.3×1014 kg/m 3. 答案：(1)1.2×10-3 s （2）1.3×1014 kg/m 36.已知物体从地球上的逃逸速度RGM v 2=, 其中G 、M 、R 分别是万有引力常量、地球的质量和半径.已知G =6.67×10-11N·m 2·kg -2，光速c =2.99×108 m/s.求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞.设某黑洞的质量等于太阳的质量M =1.98×1030kg,求它可能的最大半径；（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为0.4kg/m 3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c,因此任何物体都不能脱离宇宙.问宇宙的半径至少多大？思路解析：（1）由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v 2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v 2>c,所以22c GM R <=2.93 km,即该黑洞的最大半径为2.93 km. (2)把宇宙视为一普通天体，则质量为343R V M πρρ==，其中R 为宇宙半径，ρ为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为RGM v 2=由于宇宙密度使其逃逸速度大于光速，即v >c ，由以上的三个关系可得Gc R πρ832>=4.2×1010光年. 答案：(1)2.93 km (2)4.2×1010光年7.天文观测表明：几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是宇宙在膨胀.不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v =Hr ，式中H 为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定.为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的.假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致.由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T =__________.思路解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v =Hr ；二是各星体匀速运动.设想我们位于其中心,取大爆炸后的速度分别为v 1、v 2的两个星体研究（v 1>v 2）.设大爆炸开始到现在经过的时间为T ，由于各星体做匀速运动，物理模型如右图所示.则两个星体的位移应满足：r 1=v 1T ,r 2=v 2T ,根据r =vT ，结合题中的v =Hr ，可分析得到：年年－102810m/s1031m/s 1031=⨯⋅⨯==H T . 答案：1010年8.彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.下面是关于彗星的几个问题：（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的.（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4km ）,以60km/s 的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012kg ，它相对于木星的速度为600 m/s,求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少.（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×1020J 的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV 的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？思路解析：（1）哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”.哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆.（2）当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质.（3）这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有J J mv E 172122108.12600102⨯=⨯==∆. (4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦.ΔE =2×108×1.6×10-19 J,我们再计算n 个铀235裂变后可放出8×1020 J 的能量，即1120102.3108-⨯⨯=n =2.5×1031(个), 则约相当于发生裂变的铀的质量310235N n m ⨯⨯=- kg 233111002.6105.21035.2⨯⨯⨯⨯=- =9.8×106 kg.答案：(1)椭圆（2）光谱分析（3）1.8×1017J )9.8×106 kg走近高考9.(2006江苏高考，18)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条，一是在宇宙中诞生后3分钟左右生成的，二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的.（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（H 11）聚变成氦核（He 42），同时放出2个正电子（e 10）和2个中微子（ν）.请写出该氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量.（2）研究表明，银河系的年龄为t =3.8×1017s ，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J （即P =1×1037J/s ）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）.（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据：银河系质量为M =3×1041kg,质量单位1u=1.66×10-27kg,1u 相当于1.5×10-10J 的能量，电子质量M e =0.000 5u,氦核质量M α=4.002 6 u,氢核质量M H =1.007 8 u,中微子（ν）质量为零）.思路解析：(1)方程式：γ224012411++→e He H .其质量亏损为Δm =4M p -M α-2M E =0.028 11 u=4.664 6×10-29 kg.ΔE =Δm c 2=4.14×10-12J.(2)氦的质量M EPt m ∆=≈6.0×1039 kg. (3)氦的含量%2103100.64139≈⨯⨯=M m k 由估算可知，k =2%<25%.故银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的.答案：（1）γ224012411++→e He H 4.14×10-12J （2）6.0×1039 kg（3）宇宙诞生后不久产生的。

辽宁省高中物理人教版选修3-5第十九章第8节粒子和宇宙同步练习

第 1 页共 7 页辽宁省高中物理人教版选修3-5第十九章第8节粒子和宇宙同步练习姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共8题；共16分) 1. （2分） (2017·雅安模拟) 下列说法正确的是（） A . 卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子构成 B . 发生光电效应时，入射光的强度越强，产生的光电子最大初动能越大 C . + → + +3 是核裂变反应，反应前后电荷守恒和质量守恒 D . 根据玻尔理论，原子核外电子由高轨道向低轨道跃迁时将辐射光子，原子能量降低 2. （2分）贝克勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕．人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，它们同时放出α、β、γ射线．如图所示，若将放射源分别放在匀强电场和匀强磁场中，并使电场和磁场与射线射出的方向垂直．由于场的作用带电的射线将发生偏转．以下说法正确的是（）

A . ① 和甲为α射线，③ 和丙是β射线 B . ① 和丙为α射线，③ 和甲是β射线 C . ① 和甲为γ射线，② 和乙是β射线 D . ② 和乙是γ射线，③ 和丙是α射线 3. （2分） (2017高二下·南阳期中) 关于天然放射现象，下列说法正确的是（） A . 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 B . 随着温度的升高，放射性元素的半衰期会变短第 2 页共 7 页

C . α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流 D . β射线是放射性元素的核外电子射出形成的 4. （2分）物理学家通过对α粒子散射实验结果的分析（） A . 提出了原子的葡萄干蛋糕模型 B . 确认在原子内部存在α粒子 C . 认定α粒子发生大角度散射是受到电子的作用 D . 认识到原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核内 5. （2分）下列说法正确的是（） A . α粒子散射实验是估算原子核半径最简单的方法之一 B . 光子像其它粒子一样，不但具有能量，不具有动量 C . 普朗克认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的 D . 光照到某金属上不能发生光电效应，是因为该光波长太短 6. （2分） (2018高二上·乌鲁木齐期末) 下列说法正确的是（） A . 原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和 B . 在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律 C . 在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的 D . 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说，100个镭226核经过1620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变

高中物理选修3-5课时作业10：19.6-19.8核裂变核聚变粒子和宇宙

6 核裂变7核聚变8粒子和宇宙题组一对核裂变的理解1.一个23592U核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为23592U＋10n―→X＋9438Sr ＋210n，则下列叙述正确的是()A.X原子核中含有86个中子B.X原子核中含有141个核子C.因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少2.为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的()A.铀块可制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C.通过慢化剂将产生的中子减速D.用镉棒作为慢化剂使中子减速3.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是()A.核能发电对环境的污染比火力发电要小B.核能发电对环境的污染比火力发电要大C.现有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D.现有核电站既可以利用重核裂变，又可以利用轻核聚变释放大量的原子能4.(多选)核电站的核能来源于23592U核的裂变，下列说法中正确的是()A.反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.23592U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如13954Xe和9538Sr，反应方程式为23592U ＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D.23592U原子核中有92个质子、143个中子E.一个23592U核裂变的质量亏损为Δm＝0.2155u，则释放的核能约201MeV题组二对核聚变的理解5.(多选)关于核聚变，以下说法正确的是()A.与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B.世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C.要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用D.地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核6.以下说法正确的是()A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C.聚变必须将反应物加热至数百万摄氏度以上高温，显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大的能量7.(多选)据《中国科技报》报道，我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称为“人造太阳”)已经完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310nB.“人造太阳”的核反应过程中一定发生质量亏损，该过程释放的核能可以用ΔE＝Δmc2来计算C.“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nD.“人造太阳”的核反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到10－15m 的范围以内才能够发生8.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为1H＋126C―→137N＋Q1，11H＋157N―→126C＋X＋Q21方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：以下推断正确的是()A.X是32He，Q2>Q1B.X是42He，Q2>Q1C.X是32He，Q2<Q1D.X是42He，Q2<Q19.(多选)核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富.已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A.两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B.两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C.两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(m1－m3－m4)c2D.与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废料具有放射性题组三综合应用10.设氢弹内装的是氘和氚，试求在氢弹中当合成1kg的氦时所释放出的能量.(氘核21H的质量为2.0136u，氚核31H的质量为3.0166u，氦核42He的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u)11.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量m D＝2.0136u，氦核质量m He＝3.0150u，中子质量m n＝1.0087u.(1)计算释放出的结合能；(2)若反应前两氘核的动能均为E k0＝0.35MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？12.在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.(1)核反应方程23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________________，a＝________________.以m U、m Ba、m Kr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr的质量，m n、m p分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________.(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，铀核的质量m U＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的质量.[答案]精析1.A[X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误.]2.C[使铀块发生链式反应的体积应大于等于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接去轰击另外的铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误.]3.AC[目前，核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错误.]4.BDE[反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B正确；半衰期的大小由原子核内部因素决定，与外部环境无关，故C错误；92为U元素的质子数，中子数为：235－92＝143.故D正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE＝Δm·c2＝0.215 5×931.5 MeV≈201 MeV，故E正确.]5.ACD[与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理.但核聚变发电还没有投入实际运行，所以B项是不正确的.]6.D[裂变是重核分裂成中等质量的核，而聚变则是轻核聚合成为较重的核，无直接关联，并非互为逆反应，A、B错；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要达到数百万摄氏度高温，但聚变一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，故正确[答案]为D.]7.BCD[人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，A错误，C正确；核聚变过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可求出核反应释放的能量，B正确；聚变反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到10－15 m的范围以内才能够发生，故D正确.]8.B[根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核X的质量数为4、电荷数为2，即X 是42He；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q1<Q2.]9.BD[由核反应方程知221H→32He＋10X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C均错误，B、D正确.]10.2.64×1027MeV[解析]氘和氚在高温下聚变生成氦，核聚变方程为21H＋31H→42He＋10n当一个氘核21H与一个氚核31H发生反应时放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5MeV≈17.6MeV.1kg氦(42He)中所含的原子核数目为N＝nN A＝10004.0026×6.02×1023个≈1.5×1026个.这样合成1kg42He时所放出的总能量为E＝NΔE＝1.5×1026×17.6MeV＝2.64×1027MeV.11.(1)3.26MeV(2)0.99MeV 2.97MeV[解析](1)核反应方程为：21H＋21H→32He＋10n反应质量亏损Δm＝2m D－m He－m n＝0.0035u.由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV.(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有0＝m He v He＋m n v n ①由能量守恒有：12m He v 2He＋12m n v2n＝ΔE＋2E k0 ②由①②代入数据可得E kHe＝0.99MeV，E kn＝2.97MeV.12.(1)10n3(m U－m Ba－m Kr－2m n)c2(2)1103.7kg[解析](1)由反应方程可知：X为10n，a为3，释放的能量为ΔE＝(m U－m Ba－m Kr－2m n)c2.(2)因核电站发电效率为40%，故核电站消耗23592U的功率为P′＝P40%＝1.00×10640%kW＝2.5×106kW.核电站每年消耗23592U 的能量为W ＝P ′t ＝2.5×109×3.15×107J ＝7.875×1016J 产生这些能量消耗的铀核的数目：n ＝W ΔE ＝7.875×10162.78×10－11≈2.83×1027(个) 每年消耗23592U 的质量为 M ＝nm U ＝2.83×1027×390×10－27kg ＝1103.7kg.。

物理选修3-5课后训练：第十九章第7节核聚变第8节粒子和宇宙含解析精品

课后训练1．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2．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．氢核、氘核、氦核等轻核3．科学家发现在月球上含有丰富的32He(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32He＋32He→211H＋42He。

关于32He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32He聚变反应发电4．下面是一核反应方程21H＋31H→42He＋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c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C．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c2D．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c25．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 kgC．1013 kg D．109 kg6．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)A．π＋由u和d组成B．π＋由d和u组成C．π－由u和d组成D．π－由d和u组成7．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀。

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人教版物理高二选修3-5 19.8 粒子和宇宙同步训练
姓名:________ 班级:________ 成绩:________
一、选择题 (共15题；共30分)
1. （2分） (2017高二下·拉萨期末) 下列说法正确的是（）
A . 卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为 He+ N→ O+ H
B . 太阳源源不断的释放出巨大的能量，其能量的来源就是太阳本身的核裂变
C . 现在的很多手表指针上涂有一种新型发光材料，白天吸收光子外层电子跃迁到高能轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发光的波长一定跟吸收的光的波长完全一致
D . 只要光足够强，一定能发生光电效应
2. （2分） (2017高二下·上海期中) 铝的原子核（ Al）中有（）
A . 13个质子，27个中子
B . 13个质子，14个中子
C . 27个质子，13个中子
D . 14个质子，13个中子
3. （2分） (2017高二下·黑龙江期中) 如图所示，表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法中正确的是（）
A . 重的原子核，例如，铀核（ U），因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B . 锂核（ Li）的核子的比结合能比铀核的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定
C . 原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是每个核子的平均结合能；比结合能越大的原子核越稳定
D . 以上三个表述都错误
4. （2分）正电子是电子的反粒子,它跟普通电子的电量相等,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年初和年底,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 . 由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B . 由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C . 由一个不带电的中子与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负电荷的电子构成
5. （2分）关于天然放射现象，下列说法正确的是（）
A . α射线是由氦原子核衰变产生
B . β射线是由原子核外电子电离产生
C . 半衰期表示放射性元素衰变的快慢，它和外界的温度、压强无关
D . γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
6. （2分）(2017·昌平模拟) 图为一放射源发出的α、β、γ射线进入同一匀强磁场（磁场未画出）中的径迹．下表列出了三种射线的本质和特性．
种类本质质量（u）电荷（e）速度（c）
α射线氦核4+20.1
β射线电子﹣10.99
γ射线光子001
由此可知，（）
A . 磁场方向垂直纸面向里，a为α射线，b为β射线
B . 磁场方向垂直纸面向里，a为β射线，b为α射线
C . 磁场方向垂直纸面向外，a为β射线，b为α射线
D . 磁场方向垂直纸面向外，b为α射线，c为γ射线
7. （2分）卢瑟福的α粒子散射实验的结果（）
A . 证明了质子的存在
B . 证明了原子核是由质子和中子组成的
C . 说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动
D . 说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
8. （2分） (2017高二下·河南期中) 下列说法中正确的是（）
A . 卢瑟福通过a粒子散射实验证实了在原子内部存在质子
B . 波尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了所有原子光谱的实验规律
C . 氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
D . 铀核（ U）衰变成铅核（ Pb）要经过8次α衰变和6次β衰变
9. （2分）下列对核力的认识正确的是（）
A . 任何物体之间均存在核力
B . 核力广泛存在于自然界中的核子之间
C . 核力只存在于质子之间
D . 核力只发生在相距1.5×10－15 m内的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m 为斥力
10. （2分） (2017高二下·巨鹿期中) 铀元素是重要的核工业原料，其中是核反应堆的燃料，下列关于和的说法正确的是（）
A . 和的原子核外电子数不同
B . 和的中子数分别为235和238
C . 和的质子数相同，属于同种核素
D . 和的质量数不同，属于同种元素
11. （2分）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 . 氢核、氘核、氦核等轻核
12. （2分）下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是（）
A . 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B . 比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C . 重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D . 中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
13. （2分）下列说法正确的是（）
A . 天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构
B . α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
C . 原子核发生β衰变生成的新核原子序数减少
D . 氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长
14. （2分） (2017高二下·邯郸期中) 下列叙述正确的是（）
A . 两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
B . 由爱因斯坦质能方程E=mc2可知，质量可以转变为能量
C . 质子与中子的质量不等，但质量数相等
D . 天然放射现象说明原子核内部有电子
15. （2分） (2017高二下·盘锦期中) 下列说法正确的是（）
A . 光电效应说明光具有粒子性
B . α粒子散射说明原子核具有复杂结构
C . 天然放射现象说明原子具有核式结构
D . 原子核中所有的核子之间都具有核力
二、填空题 (共5题；共8分)
16. （1分）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是________ ．
17. （2分）如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放出的A射线轰击铍时会产生粒子流A ，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B ，经研究知道A为________，B为________．
18. （2分）卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为________．查德威克用α粒子轰击铍核，打出了一种粒子流，其核反应方程为________．
19. （2分）现在，科学家正在设法探寻“反物质”。

所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的，“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷的符号相反，据此，反α粒子的质量数为________，电荷数为________。

20. （1分）天然放射现象的发现揭示了原子核________．
三、计算题 (共5题；共35分)
21. （5分）图示为恒星的寿命与其质量的关系图．由图可知，恒星的质量越大，其寿命怎么变化？若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为多少年？
22. （5分）如图是恒星演化过程的示意图，请填写相应星球的名称．
23. （5分）一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
24. （15分）为了验证爱因斯坦质能方程△E=△mc2 ，设计了下面的实验：用动能E1=0.9MeV的质子去轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E=19.9MeV ．（质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.0073u、7.016u、4.0015u ， 1u=931.5Mev）
（1）
写出该核反应方程式；
（2）
计算核反应过程中释放的能量△ E；
（3）
通过计算说明△ E=△ mc2的正确性．
25. （5分）据我国史记《宋会要》记载，我国古代天文学家在距今九百多年前就观察到了超新星爆炸，这一爆炸后的超新星后来也被英国一名天文爱好者用望远镜观测到．它是一团云雾状的东西，外形像一个螃蟹，人们称之为“蟹状星云”．它是超大行星爆炸后向四周抛射的物体形成的，在1920年它对对地球上的观察者张开的角度为360秒（角度单位：1度=60分，1分=60秒）．“蟹状星云”对地球上的观察者所张开的角度每年约增0.42秒，它到地球距离约为5000光年．请你据此估算出超新星爆炸大约发生于公元前多少年？爆炸抛射物的速度大约为多少？
参考答案一、选择题 (共15题；共30分)
1-1、
2-1、
3-1、
4-1、
5-1、
6-1、
7-1、
8-1、
9-1、
10-1、
11-1、
12-1、
13-1、
14-1、
15-1、
二、填空题 (共5题；共8分) 16-1、
17-1、
18-1、
19-1、
20-1、
三、计算题 (共5题；共35分) 21-1、
22-1、
23-1、24-1、24-2、24-3、
25-1、
第11 页共11 页。

人教版物理高二选修3-5 19.8 粒子和宇宙同步训练

物理选修3-5课后训练：第十九章 8粒子和宇宙 含解析

山西省高中物理人教版选修3-5第十九章第8节粒子和宇宙同步练习

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