高中物理 第四章 原子核 第六节 核能利用 第七节 小粒子与大宇宙同步备课教学案 粤教版选修3-5.doc

3．若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，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷．

粒子 带电 荷量 ＋＋－

π ＋e ＋π －e －u 2e＋ 3d － 3u －2e 3d ＋ 3ee(1)按最简单的组成，π介子由谁和谁组成？ (2)按最简单的组成，π介子由谁和谁组成？ 答案 (1)π介子是由夸克u和反夸克d组成的 (2)π介子由夸克d和反夸克u组成

2＋

解析 (1)π介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克u带＋e31

和反夸克d带＋e合成电荷量为e.

3

1－

(2)π介子带有－e的电荷量，是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克d带－e和反夸克

32

u带－e合成电荷量为－e.

3

4．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 92U为燃料的反应堆中，当 92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为

235 92

235

235

－

＋

－

U ＋ 0n → 54Xe ＋ 38Sr ＋ 30n

1139941

235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4

反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)，已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，此裂变反应释放出的能量是________ MeV. 答案 180

解析 此裂变反应的质量亏损为：

(235.043 9＋1.008 7) u－(138.917 8＋93.915 4＋3×1.008 7) u＝0.193 3 u， 由于1 u的质量对应的能量为931.5 MeV， ΔE＝931.5×0.193 3 MeV≈180 MeV.

一、选择题(1～5题为单选题，6～7题为多选题)

1．关于粒子，下列说法正确的是( )

A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．强子都是带电的粒子

C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 答案 D

解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克2e带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确．

332．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%，为了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站项目．目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( ) A. 92U＋0n→38Sr＋ 54Xe＋100n B.11Na―→12Mg＋－1e C. 7N＋2He―→ 8O＋1H D. 92U―→ 90Th＋2He 答案 A

解析 重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变． 3．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．聚变反应中粒子的平均结合能变小

D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大 答案 B

4．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”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为( ) A．－4，－2 C．－4,2 答案 B

解析 因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、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.

5．K介子衰变的方程为K―→π＋π.其中K介子和π介子是带负电的基元电荷，π

－

－

－

0

－

－

0

238

234

4

14

4

17

1

24

24

0

235

1

90

136

1

B．4，－2 D．4,2

介子不带电．如图1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，它们的半径RK－与Rπ－之比

为2∶1.π介子的轨迹未画出．由此可知π的动量大小与π的动量的大小之比为( )

0

－

0

图1

A．1∶1 C．1∶3 答案 C

B．1∶2 D．1∶6

mv2mv解析 带电粒子K与π在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bqv＝得R＝＝RBq－

－

p－－

，K介子与π介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比pK－∶pπ－＝RK－∶Rπ－＝Bq2∶1，在衰变后π介子与π介子动量方向相反，设K介子的动量为正，则π介子动量为负值，由动量守恒pK－＝－pπ＋pπ，则pπ∶pπ＝1∶3故A、B、D错，C对． 6．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( )

A.1H＋1H―→2He＋0n是核聚变反应 B.1H＋1H―→2He＋0n是β衰变

C. 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋30n是核裂变反应 D. 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋20n是α衰变 答案 AC

解析 两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A对，B错；重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C对；原子核放出α或β粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变．原子核的衰变的反应物只有一种，故D错．

7．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害．则下列说法正确的是( ) A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制

B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害

C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大

235

1

140

94

1

235

1

144

89

1

3

2

4

1

3

2

4

1

－

0

－

0

－

0

－

－

D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的 答案 ABD

解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C错误． 二、非选择题

8．一个原来静止的锂核(3Li)俘获一个速度为7.7×10 m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×10 m/s，方向与中子的运动方向相反． (1)试写出核反应方程； (2)求出氦核的速度大小．

答案 (1)3Li＋0n―→1H＋2He (2)2×10 m/s 解析 (1)3Li＋0n―→1H＋2He.

(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得

6

1

3

4

6

1

3

4

43

6

4

mnv0＝－mTv1＋mHev2

mnv0＋mTv14v2＝＝2×10 m/s.

mHe

9．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)核反应方程式 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋310n是反应堆中发生的许多核反应中的一种，以mU、

14192mBa、mKr分别表示235 92U、 56Ba、36Kr的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中

235

1

141

92

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＝1.00×10 kW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量．

答案 (1)(mU－mBa－mKr－2mn)c (2)1 104 kg 解析 (1)释放的能量为 ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c. (2)因核电站发电效率为40%， 故核电站消耗 92U的功率为

1.00×106P′＝＝ kW＝2.5×10 kW.

40@%核电站每年消耗 92U的能量为

235235

2

2

－11

6

J，铀核的质量mU＝390×10

－27

kg，求每年(1年＝3.15×10 s)消耗的 92U的质

7235

P6

W＝P′t＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J