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简答题

太阳内部持续不断地发生着四个质子(氢核)聚变一个α粒子,同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子.这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(mp=1.0073u,mα=4.0015u,me=0.00055u,太阳的质量为2×1030kg)

(1)计算每一次聚变所释放的能量?

(2)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026J,则太阳每秒减少的质量为多少千克?

正确答案

(1)这一核反应的质量亏损是

△m=4mp-mα-2me=0.0266u

△E=△mc2=0.0266×931.5MeV≈24.78MeV.

(2)由△E=△mc2得每秒太阳质量减少

△m==kg≈4.2×109kg.

答:(1)计算每一次聚变所释放的能量为24.78MeV.

(2)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026J,则太阳每秒减少的质量为4.2×109千克.

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简答题

一个静止的氮核N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A,A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同,B的质量是中子的11倍,速度是106 m/s,B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比RB∶RC=11∶30.求:

(1)C核的速度大小;

(2)根据计算判断C核是什么.

(3)写出核反应方程式.

正确答案

(1)3×106 m/s  (2)He

(3)N+n→B+He.

(1)由动量守恒定律:

mnvn=mBvB+mCvC,

所以vC=

= m/s

=3×106 m/s.

(2)由qvB=m

R=

RB=,RC=

所以==

又因为qC+qB=7,所以qC=2,而mC=4

所以C核是He.

(3)N+n→B+He.

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简答题

(选修模块3-5)

(1)以下说法中正确的是______:

A.在原子核反应中,反应前后质子数、中子数、电子数都是守恒的

B.玻尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的

C.核力是强相互作用的一种表现,在原子核内核力比库仑力大得多

D.光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型

(2)如图所示,一个运动的中子与一个静止的中子发生弹性碰撞,碰撞过程中动量______(“一定”、“可能”或“一定不”)守恒,碰撞后A中子______(“静止”、“向右运动”或“向左运动”).

(3)我国大亚湾核电站总装机容量3.8×109W.如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2×1010J.假定所产生的能量全部转化成电能,每年该电站满负荷工作要消耗多少铀235?(一年时间约3.2×108s,结果取一位有效数字)

正确答案

(1)A:核反应中,质子可能放出电子变成中子,所以质子数、中子数、电子数可能发生变化.故A错误.

B:玻尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的,故B正确.

C:核力是核子之间的作用力,它是核子组成稳定的原子核的非常巨大的力,是一种强相互作用,主要是吸引力,比库仑力大得多,在吸引范围内,核力约是静电斥力的100倍.故C正确.

D:α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型,光电效应是证明光具有粒子性.故D错误.

故选:BC

(2)一个运动的中子与一个静止的中子发生弹性碰撞,由动量守恒定理可得:碰撞过程中动量是守恒的.

因为发生的是弹性碰撞,且两个中子质量是一样的,所以运动的A中子的能量无损失的传递给B中子,故碰撞后:A静止,B速度与A原来的速度相等.

(3)发电站一年发出的电能为:E=Pt=3.8×109W×3.2×108s=1.216×1018J

所以需要的铀235的克数为:m==≈1×107g

故答案为:(1)BC (2)一定;静止;(3)1×107g

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简答题

1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子.科学研究表明其核反应过程是:α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核,复核发生衰变放出质子,变成氧核.设α粒子质量为m1,初速度为v0,氮核质量为m2,质子质量为m0,氧核的质量为m3,不考虑相对论效应.

①写出α粒子轰击氮核的核反应方程;

②α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间,复核的速度为多大?

③求此过程中释放的核能.

正确答案

①根据质量数和电荷数守恒可得α粒子轰击氮核方程为:

147N+42He→178O+11

 ②设复核的速度为v,由动量守恒定律得:

m1v0=(m1+m2)v                    

解得:v=     

③核反应过程中的质量亏损:△m=m1+m2-m0-m3

反应过程中释放的核能:

△E=△mc2=(m1+m2-m0-m3)•c2

答:①α粒子轰击氮核的核反应方程为147N+42He→178O+11H.

②复核的速度为v=

③该核反应过程中释放的核能为(m1+m2-m0-m3)c2

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简答题

已知1个质子的质量mp=1.007277u,1个中子的质量mn=1.008665u.氦核的质量为4.001509u.这里u表示原子质量单位,1u=1.660566×10-27kg.由上述数值,计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量.(1u的质量亏损对应的结合能为931.5MeV)

正确答案

2个中子和2个质子结合成氦核时质量亏损:△m=2mn+2mP-mHe

根据爱因斯坦质能方程,放出的能量△E=△mc2=(2mn+2mP-mHe)c2=0.030375×931.5=28.3MeV

答:2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量为28.3MeV.

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填空题

ZMZ   

正确答案

ABC

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简答题

在某些恒星内,3个α粒子可以结合成一个核,已知核的质量为1.99502×10-26kg, α粒子的质量为6.64672×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,计算这个反应中所释放的核能(结果保留一位有效数字)。

正确答案

△E =9×10-13 J

试题分析:由爱因斯坦质能方程得:

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简答题

太阳内部的聚变反应是一个系列反应,最终可以简化为4个质子转化成1个氦核和2个正电子并放出能量。已知质子的质量mp=1.0073u,α粒子的质量mα=4.0015u,电子的质量me=0.0005u。

小题1:写出该热核反应方程

小题2:一次这样的热核反应过程中释放出多少Mev的能量?(结果保留四位有效数字)

正确答案

小题1:

小题2:

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简答题

在其他能源中,核能具有能量密度大,地区适应性强的优势,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,释放出大理核能。

(1)核反应方程式

是反应堆中发生的许多核反应中的一种,n为中子,X为待求粒子,为X的个数,则X为________,=__________,以分别表示核的质量,

分别表示中子、质子的质量,c为光的真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能

(2)有一座发电能力为的核电站,核能转化为电能的效率为.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求每年(1年=.

正确答案

(1)    (2)1

(1)

(2)反应堆每年提供的核能                          ①

其中T表示1年的时间

以M表示每年消耗的         ②

解得:         ③

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简答题

云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变,α粒子的质量为m,电量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得α粒子运动的轨道半径R.试求在衰变过程中的质量亏损.(注:涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计.)

正确答案

令v表示α粒子的速度,由洛论兹力和牛顿定律可得

    qvB=                            ①

令v'表示衰变后剩余核的速度,在考虑衰变过程中系统的动量守恒时,因为亏损质量很小,可不予考虑,由动量守恒可知

 (M-m)v'=nw                             ②

在衰变过程中,α粒子和剩余核的动能来自于亏损质量.

即△m•c2=(M-m)v'2+mv2                     ③

解得△m=

答:在衰变过程中的质量亏损为

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填空题

太阳中含有大量的氘核,因氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射.已知氘核质量为2.0136u,氦核质量为3.0150u,中子质量为1.0087u,1u的质量相当于931.5MeV的能量.以上核反应过程的核反应方程H+H→______+n,一次这样的过程释放的核能为______MeV.

正确答案

(1)根据质量数守恒和电荷数守恒,可知空中应为He

(2)根据质能方程可得:

△E=△mc2=(2×2.0136u-3.0150u-1.0087u)×931.5MeV=3.26MeV.

故答案为:He,3.26

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填空题

下列说法正确的是

 

正确答案

BD

A选项中在质子的轰击下发生的核反应,属于人工转变,A错;C选项是α衰变,不是裂变,C错。

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填空题

两个氘核(H)聚变成氦核(He)的核反应方程为______.已知氘核质量为2.0136u,中子质量为1.0087u,氦核质量为3.0150u,1u相当于931MeV,则上述核反应中释放的核能为______MeV(保留三位有效数字).

正确答案

根据质量数守恒和核电荷数守恒知,

聚变的核反应方程:H+H→He+n

核反应过程中的质量亏损为△m=2mD-(mHe+mn)=0.0035u

释放的核能为△E=△mc2=0.0035uc2=3.26MeV

故答案为:H+H→He+n;3.26MeV.

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填空题

核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力.核反应是若干核反应的一种,其中X为待求粒子, y为X的个数,则X是        (选填“质子”、“中子”、“电子”), y=        .若反应过程中释放的核能为E,光在真空中的传播速度为c,则核反应的质量亏损表达式为        .

正确答案

中子(1分)    3(1分)   E/c2(1分)

试题分析:设X的质量数为M,质子数为N,则在核裂变前后质量数守恒可知,电荷数守恒,可求得m=1、n=0,由此判断粒子为中子,y=3,由爱因斯坦的质能方程可知质量亏损表达式为E/c2

点评:本题难度较小,明确核反应前后满足质量数守恒和电荷数守恒

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简答题

(9分)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个氢核转化成一个氦核和两个正电子并放出能量.已知质子的质量mp=1.0073u, α粒子的质量mα=4.0015u,电子的质量me=0.0005u.1u的质量相当于931.5MeV的能量.

①写出该热核反应方程;

②一个氢核反应平均释放出多少MeV的能量?(结果保留4位有效数字)

正确答案

①4+2;②6.218MeV。

试题分析:①根据题意的说明,则热核反应方程为:4+2

②一次热核反应过程中的质量亏损为:△m=4mp-ma-2mc

代入数据得△m=4×1.0073u-4.00015u-2×0.0005u=0.0267u;

故一次热核反应释放的能量为△E=0.0267u×931.5MeV/u=24.87MeV;

一个氢核反应平均释放的能量为△E0=6.218MeV。

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