1、1第七节 核聚变第八节 粒子和宇宙学 习 目 标 知道聚变反应的特点 能写出聚变方程并计算聚变能量 了解可控热核反应 知道粒子的分类及其作用 了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化知 识 导 图知识点 1 核聚变1定义轻核结合成_质量较大_的原子核的反应叫聚变。例如 H H He n21 31 42 102聚变发生的条件要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_10 15 _m 以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的_库仑斥力_，这就要求原2子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达_几百万_开尔文，因此聚变又叫_热核反应_。3应用目
2、前，热核反应主要用在核武器上，那就是_氢弹_，需要用_原子弹_爆炸产生的高温高压引发核爆炸。4太阳能太阳的主要成分是_氢_，太阳中心温度可达 1.5107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部_聚变_释放的核能。知识点 2 受控热核反应1聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能_效率高_；(2)地球上聚变燃料的储量_丰富_；(3)轻核聚变更为_安全、清洁_。2聚变的难点地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。3控制方法(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是_环流器_。(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散
3、就完成了核反应，在惯性约束下，用_激光_从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。知识点 3 “基本粒子”不基本1 “基本”粒子19 世纪末，许多人认为光子、电子、_质子_和_中子_是组成物质的不可再分的最基本粒子。2发现新粒子(1)从 20 世纪起科学家陆续发现了 400 多种同种类的新粒子，它们不是由_质子_、_中子_、_电子_组成。(2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着_复杂_的结构。3探测工具粒子_加速器_和粒子_探测器_是研究粒子物理的主要工具。知识点 4 发现新粒子1新粒子1932 年发现了_正电子_,1937 年发现了_ 子_,1947 年发现了 K
4、 介子和 介子及以后的超子等。32粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：_强子_、_轻子_和_媒介子_。知识点 5 夸克模型组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的_ _或_ _，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能23 13以自由的状态单个出现。知识点 6 宇宙与恒量的演化1宇宙的演化经历了_强子_时代 _轻子_时代 _核合成_时代 10 万年之后，随着温度降低逐步组成_恒星_和星系。2恒星的演化宇宙尘埃 _星云团_ 恒星 万 有 引 力 凝 聚 m2m日 黑 洞 )预习反馈判一判(1)核聚变时吸收能量。()(2
5、)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。()(3)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。()(4)质子、中子不能再分。()(5)夸克的带电量是电子电荷的整数倍。()(6)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。()选一选(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：(1) U n Sr Xe k n23592 10 9038 13654 10(2) H H He d n21 31 42 10关于这两个方程，下列说法正确的是( BC )A方程(1)属于 衰变B方程(2)属于轻核聚变C方程(1)中 k10，方程(2)中
6、 d1D方程(1)中 k6，方程(2)中 d1解析：方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，选项 A 错误而 B 正确；由质量数和电荷数守恒得， k10， d1，选项 C 正确而 D 错误。4想一想万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗？答：来源于太阳内部的核聚变反应探究一 轻核的聚变 S 1思 考 讨 论 i kao tao lun如图为氢弹原理示意图。(1)核聚变需要满足什么条件？(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？提示：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发
7、生作用的距离 1015 m。(2)它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。G 归 纳 总 结 ui na zong jie1轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。2聚变发生的条件要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离 1015 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近 1015 m 就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的5动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。3核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自
8、身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。4核聚变的应用(1)核武器氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。D 典 例 剖 析 ian lipou xi典例 1 太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量为 21030kg，太阳向周围空间辐射能量的总功率为 3.81026W。(1)写出上述聚变反应的方程(2)已知质子质量 m
9、p1.6710 27 kg，氦核质量 m 6.645810 27 kg，电子质量me9.010 31 kg，光速 c3.010 8m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。(3)根据题目中数据计算太阳 1 秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？解题指导：(1)聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。(2)核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损，然后根据受因斯坦质能方程求解。(3)由 m t m 求时间。解析：(1)根据聚变反应满足质量数、电荷数守恒得核反应方程为 2 e4 H He0 1 1 42(2)反应中的质量亏损 m2 me4 mp m (29.010 31 41.6710 27 6.
10、645810 27 )kg3.610 29 kg由爱因斯坦质能方程可知核反应释放的能量 E mc23.610 29 (3.0108)2J3.2410 12 J(3)太阳每秒释放的能量为 3.81026J，则太阳每秒减少的质量 m kg4.210 9kg Ec2 3.8102631082太阳还能用 t s4.7610 20s1.510 13年m m 210304.2109答案：(1)2 e4 H He (2)3.2410 12 J (3)4.210 9kg 1.510 13年 , 0 1 1 42对点训练 1 (河南省漯河市高二 20172018 学年下学期期末)近几年日本、印度6等许多国家积极
11、发展“月球探测计划” ，该计划中的科研任务之一是探测月球上氦 3 的含量。氦 3 是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦 3 进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为 2.0136U，氦 3 的质量为 3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子质量为 1.00783u，中子质量为 1.008665u, 1u 相当于 931.5MeV，则下列说法正确的是( A )A一个氘和一个氦 3 的核聚变反应释放的核能约为 17.9MeVB氘和氦 3 的核聚变反应方程式： H He HeX 其中 X 是中子21 32 42C因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质子
12、数减少D目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦 3 进行核聚变反应发电解析：根据电荷数守恒和质量数守恒知 X 为质子，故 B 错误；根据质能方程知 E mc2(2.0136u3.0150u4.00151u1.00783u)931.5MeV17.9MeV，故 A 正确；因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量减小，但是质量数不变，选项C 错误；目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用重核裂变反应发电，选项 D 错误；故选 A。探究二 新粒子的发现和夸克模型 S 2思 考 讨 论 i kao tao lun如图所示为粒子发展示意图。(1)为什么现在将“基本”二字去掉，统称为粒子？(2)
13、为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？提示：(1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子。(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。G 归 纳 总 结 ui na zong jie1发现新粒子7发现时间 1932 年 1937 年 1947 年 60 年代后新粒子 反粒子 子 K 介子与 介子 超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介于电子与质子之间其质量比质子大按照粒子
14、与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子。2粒子的分类分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、 子、 子中微子， 子、 子中微子未发现内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用3夸克模型(1)夸克的提出1964 年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类上夸克(u) 、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。(3
15、)夸克所带电荷夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的 或 。例如上夸克带的13 23电荷量为2 e/3，下夸克带的电荷量为 e/3。特别提醒：粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所以每种夸克都有对应的反夸克。D 典 例 剖 析 ian lipou xi典例 2 在 衰变中常伴有一种称为 “中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中 H 的核反应，间接地证实了中微子的存在。1(1)中微子与水中的 H 发生核反应，产生中子( n)和正电子( e)，即：中微子1 10 0
16、18 H n e1 10 0 1可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_A_。(填写选项前的字母)A0 和 0 B0 和 1C1 和 0 D1 和 1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子( )，即 e e2 已知正电子和电子的质量都为 9.11031 kg，0 1 0 1反应中产生的每个光子的能量约为_8.210 14 _J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_此过程遵循动量守恒定律_。解题指导：(1)由核反应过程质量数和电荷数守恒判断(2)根据 E mc2和动量守恒求解解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，
17、据此可知中微子的质量数和电荷数都是 0，A 项正确。(2)产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E mc2，故一个光子的能量为 ，代入数据得 8.210 14 J。正电子与水中的电子相遇，E2 E2与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，所以如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。对点训练 2 (多选)(北京临川育人学校 20172018 学年高二下学期期中)已知 介子、 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 或反夸克 )组u d成的，它们带电量如下表所示，表中 e 为元电荷。 u d u d带电量 e e e23
18、e13 e23 e13下列说法正确的是( AD )A 由 u 和 组成 B 由 d 和 组成d uC 由 u 和 组成 D 由 d 和 组成d u解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得 A、D 正确，B、C 错误。轻核聚变与重核裂变的区别反应方式比较项目 重核裂变 轻核聚变放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原 两个轻核结合成质量较大的原子核9子核放出核能 放出核能放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 34 倍核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的 235U 在铀矿
19、石中只占0.7%主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。1L 海水中大约有 0.03g氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧 300L 汽油相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它案例 (多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( AC )A “人造太阳”的核反应方程是 H H He n21 31 42 10B “人造太阳”的核反应方程是 U n Ba Kr3 n23592 10 14156 9236 10C根据公式 E
20、 mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D根据公式 E mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同解析： H H He n 是氢核聚变方程，故 A 正确；选项 B 的核反应方程是核裂21 31 42 10变方程，故 B 错误；根据氢核聚变特点，聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 34 倍，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项 C 正确，D 错误。1(多选)(成都七中 20172018 学年高二月考)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的 He(氦 3
21、)。它是32一种高效、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He He2 H He。关于 He 聚变下列表述正确的是( BC )32 32 1 42 3210A聚变反应不会释放能量 B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应会有质量亏损 D目前核电站都采用 He 聚变反应发电32解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项 B、C 正确。2(多选)(江苏省扬州市 20172018 学年高三上学期期末)关于核反应方程，下列说法正确的是( AD )A H H He n 是核聚变反应31 21
22、 42 10B铀核裂变的核反应为： U Ba Kr2 n23592 14156 9236 10C在衰变方程 PuXHe 中，X 原子核的质量数是 23423994D卢瑟福发现了质子的核反应方程为： H N O H42 147 178 1解析： H H He n 是轻核变成质量较大的原子核，是核聚变反应，故 A 正确； 31 21 42 10铀核裂变是铀核俘获一个中子后裂变成两个中等质量的原子核，故 B 错误；核反应中质量数守恒，电荷数守恒，He 原子核的质量数为 4， 是电磁波，所以 X 原子核的质量数是235，故 C 错误；卢瑟福发现质子的核反应方程为： H N O H，故 D 正确。故选4
23、2 147 178 1AD。3(山东潍坊及第中学 20162017 学年高二月考)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 )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、氦核等轻核解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此 A 正确，B、C、D 的产生都在 A 之后，故 B、C、D 错误。4(山西省
24、长治、运城、大同、朔州、阳泉五地市 2018 届高三上学期期末)氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为： H H He x，式中 x 是某种粒21 31 42子。已知： H、 H、 He 和粒子 x 的质量分别为 2.0141u、3.0161u、4.0026u 和21 31 421.0087u；1u931.5MeV/c 2， c 是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知( C )A粒子 x 是 H1B该反应中的质量亏损为 0.0289uC该反应释放出的能量约为 17.6MeVD该反应中释放的全部能量转化为粒子 x 的动能解析：根据核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒，可判断 x
25、为中子，选项 A 错误；该反应中的质量亏损为 m2.0141u3.0161u4.0026u1.0087u0.0189u，故 B 错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为 E(2.01413.01614.00261.0087)11931.5MeV17.6MeV，选项 C 正确；该反应中释放的能量一部分转化为 X 粒子的动能，故D 错。基础夯实 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题)1(江苏徐州市 20152016 学年高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是UX Ba Kr3 n，关于该反应，下列说法正确的是( C )23592 14456 8936 10AX 是质子B该反应是核聚变
26、反应C U 的比结合能小于 Ba 的比结合能23592 14456D释放出的中子对于链式反应的发生没有作用解析：该反应是裂变反应，X 是中子，释放的中子引起链式反应，故 A、B、D 错误；U 的比结合能小于 Ba 的比结合能，C 正确。23592 1445622010 年 3 月 31 日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出 9 个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B )A由 1
27、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解析：根据反粒子定义， “反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。 因此 “反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由 H 核和 e 构成的。1 1 0132002 年，美国科学杂志评出的2001 年世界十大科技突破中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个 子和一个
28、 子。在上述研究中有以下说法，正确的是( B )若发现 子和中微子的运动方向一致，则 子的运动方向与中微子的运动方向一定相反若发现 子和中微子的运动方向一致，则 子的运动方向与中微子的运动方向可能一致若发现 子和中微子的运动方向相反，则 子的运动方向与中微子的运动方向一定一致若发现 子和中微子的运动方向相反，则 子的运动方向与中微子的运动方向可12能相反A BC D解析：中微子在转化为 子和 子的前后过程中满足动量守恒定律。4据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( AC )A “人造太阳”
29、的核反应方程是 H H He n21 31 42 10B “人造太阳”的核反应方程是 U n Ba Kr3 n23592 10 14156 9236 10C “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 E mc2D “人造太阳”核能大小的计算公式是 E mc212解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项 A 正确，选项 B 错误；核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项 C 正确，选项 D 错误。5关于粒子，下列说法中正确的是( BC )A质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B质子、中子本身也有复杂的结构C质子是带电的强子D电子电荷是电荷的最小单
30、位解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故选项 A 错误，选项 B 正确；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的带正电的强子，故选项 C 正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带的电荷不同，分别为元电荷的 或 ，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故选项 D 错误。23 13二、非选择题6(山东淄博市淄川中学 20162017 学年高二下学期期中)科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部 4 个氢核( H)转化成一个1氦核( He)和两个正电子( e)并放出能量，已知质子质量 mp1.0073u， 粒子的质
31、量42 01m 4.0015u，电子的质量 me0.0005u,1u 质量相当于 931MeV 的能量。写出该热核反应方程_4 H He2 e_；一次这样的热核反应过程中释放出_24.86_MeV 的能量。(结果1 42 01保留四位有效数字)。解析： m4 mp m 2 me41.0073u4.0015u20.0005u0.0267u E mc20.0267u931MeV24.86MeV7(江苏泰州二中 20152016 学年高二下学期检测)太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变一个 粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。如果13太阳辐射能量的功率为 P，质子 H、氦核
32、 He、正电子 e 的质量分别为 mP、 ma、 me，真空1 42 10的光速为 c，则(1)写出上述核反应方程式；(2)计算每一次聚变所释放的能量 E；(3)计算 t 时间内因聚变生成的 粒子数 n。答案：(1)4 H He2 e (2) E(4 mP ma me)c21 42 01(3)Pt4mp ma 2mec2解析：(1)核反应方程式为：4 H He2 e；1 42 01(2)核反应过程中的质量亏损 m(4 mP ma me)，根据爱因斯坦质能方程： E mc2可知，核反应释放的能量， E(4 mP ma me)c2。(3)设 t 时间内因聚变生成的 粒子数为 n，依据能量关系 Pt
33、 n E有， n Pt E Pt4mp ma 2mec2能力提升 一、选择题(13 题为单选题，4 题为多选题)1(北京市房山区 2018 届高三上学期期末)我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克” (英文名称：EAST，称“人造太阳”) 。设可控热核实验反应前氘核( H)21的质量为 m1，氚核( H)的质量为 m2，反应后氦核( He)的质量为 m3，中子( n)的质量为31 42 10m4，已知光速为 c。下列说法中正确的是( A )A核反应放出的能量等于 ( m1 m2 m3 m4 )c2B由核反应过程质量守恒可知 m1 m2 m3 m4C这种热核实验反应是 衰变D这种装置与
34、我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同解析：核反应过程中的质量亏损 m m1 m2 m3 m4，释放的核能 E mc2( m1 m2 m3 m4)c2，故 A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此 m1 m2 m3 m4，故 B 错误；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故 CD 错误。2一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为 m1、 m2、 m3，普朗克常量为 h，真空中的光速为 c。下列说法正确的是( B )A核反应方程是 H n H 1 10
35、 31B聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3C辐射出的 光子的能量 E( m3 m1 m2)c214D 光子的波长 hm1 m2 m3c2解析： H n H ，选项 A 错误；由题可知，该反应的质量亏损为1 10 21 m m1 m2 m3，选项 B 正确；根据爱因斯坦的质能方程 E mc2得，该反应辐射出的 光子的能量为 E( m1 m2 m3)c2，选项 C 错误；由 E h h 得， ，c hm1 m2 m3c选项 D 错误。3(江苏泰州二中 20152016 学年高二下学期检测)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个
36、质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获” ，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是( B )A母核的质量数小于子核的质量数B母核的电荷数大于子核的电荷数C子核的动量与中微子的动量相同D子核的动能大于中微子的动能解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少 1，质量数不变，故 A 错误，B 正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初
37、状态系统的总动量为 0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故 C 错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据 Ek 知，中微子的动能大于子核的动能，故 Dp22m错误，故选 B。4(江西南昌二中 20152016 学年高二下学期期中) K 介子衰变的方程为K 0，其中 K 介子和 介子带负的元电荷 e， 0介子不带电， 介子的质量为 m。如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线 MN 为理想边界，磁感应强度分别为B1、 B2。今有一个 K 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1中，其轨迹为圆弧 AP， P在 MN 上， K 在 P 点时的速度为 v，方向与
38、 MN 垂直。在 P 点该介子发生了上述衰变。衰变后产生的 K 介子沿 v 反方向射出，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线。则以下说法正确的是( AD )15A 0介子做匀速直线运动B 介子的运行轨迹为 PENCMDPC 介子运行一周回到 P 用时为 t2 meR1D B12 B2解析： 0介子不带电，不受洛伦兹力作用，故做匀速直线运动，A 正确；根据左手定则可知： 介子从 P 点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1时，受到的洛伦兹力方向向上，所以 介子的运行轨迹为 PDMCNEP，故 B 错误； 介子在整个过程中，在匀强磁场B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场 B2中运动半个周
39、期，所以T ，故 C 错误；由图象可知， 在匀强磁场 B1中运动半径是匀强磁场 B2中运2 mB1e mB2e动半径的一半，根据 r 可知， B12 B2，故 D 正确。mvqB二、非选择题5如下一系列核反应是在恒星内部发生的。p C N N Ce 126 137 137 136p C N p N O136 147 147 158O Ne p N C 158 157 157 126其中 p 为质子， 为 粒子，e 为正电子， 为中微子，已知质子的质量为mp1.672 6481027 kg， 粒子的质量为 m 6.644 9291027 kg, 正电子的质量为me9.1110 31 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速 c3.0010 8m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。答案：3.9510 12 J解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为4p 2e 2 设反应后释放的能量为 Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2 m c22 mec2 Q代入数值可得Q3.9510 12 J
