高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子随堂练习题

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1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( )
A．质子 B．中子
C．β粒子 D．α粒子
解析：选B 重核裂变链式反应发生依靠中子不断地轰击原子核使得裂变不断进行下去，故选项B正确。
2．以下说法正确的是( )
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
解析：选B 最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故选项A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，B正确、D不正确。
3．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线。下列关于这个实验的说法中正确的是( )
A．这个实验的核反应方程是eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋eq \\al(1,0)n
B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算
D．实验中产生的γ射线穿透能力极强
解析：选D 根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确。
4．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．NA×196 MeV B．235NA×196 MeV
C．235×196 MeV D.eq \f(NA,235)×196 MeV
解析：选D 由于1 ml的铀核质量为235 g,1 g铀235的物质的量为eq \f(1,235) ml，因此1 g铀235释放的能量E＝eq \f(NA,235)×196 MeV，故D正确。
5．可控核反应堆是驱动航空母舰的理想设备。其工作原理是利用重核裂变反应释放出大量核能获得动力，eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(143, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋yX是若干核反应的一种，其中n为中子，X为待求粒子，y为X的个数，则( )
A．X是中子，y＝4 B．X是电子，y＝3
C．X是质子，y＝2 D．X是中子，y＝3
解析：选A 核反应过程中电荷数守恒，质量数守恒，y个X粒子的总电荷数为92－56－36＝0，总质量数为235＋1－143－89＝4，分析可知X为中子，y为4，B、C、D选项错误，A选项正确。
6．[多选]我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是( )
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
解析：选AD 与核裂变相比，轻核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的轻核才能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核，比结合能增加、总质量减小，故C错误，D正确。
7．[多选]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eq \x\t(u)或反夸克eq \x\t(d))组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
下列说法正确的是( )
A．π＋由u和eq \x\t(d)组成 B．π＋由d和eq \x\t(u)组成
C．π－由u和eq \x\t(d)组成 D．π－由d和eq \x\t(u)组成
解析：选AD 根据电荷量关系可知由于π＋介子带有＋e的电荷量，又由于π＋介子是由一个夸克和一个反夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个夸克u(＋eq \f(2,3)e) 和一个反夸克eq \x\t(d)(＋eq \f(1,3)e)组成，故A对，B错；同理π－介子由夸克d和反夸克eq \x\t(u)组成，故C错，D正确。
8．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(俗称“人造太阳”)。设可控热核实验反应前氘核(eq \\al(2,1)H)的质量为m1，氚核(eq \\al(3,1)H)的质量为m2，反应后氦核(eq \\al(4,2)He)的质量为m3，中子(eq \\al(1,0)n)的质量为m4，光速为c，下列有关说法正确的是( )
A．这种装置中发生的核反应方程式是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1－m2－m3－m4)c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同
解析：选A 核反应方程为eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n，选项A正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项B、C错误；可控热核反应原理为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D错误。
9．假设有一种放射线是由铀核eq \\al(238, 92)U衰变成eq \\al(234, 90)Th，并释放一种粒子产生的。
(1)写出eq \\al(238, 92)U衰变为eq \\al(224, 90)Th的方程式；
(2)已知铀核质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，求衰变释放的能量。
解析：(1)反应方程式为eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He。
(2)核反应中质量亏损Δm＝mU－mTh－mα，
由质能方程得，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，
代入数据得ΔE＝8.7×10－13 J。
答案：(1)eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2) He (2)8.7×10－13 J
B级—选考提能
10．关于热核反应是一种理想能源的原因，以下说法不正确的是( )
A．就平均每一个核子来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较重核裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的原料在地球上储量丰富
D．热核反应的速度容易控制
解析：选D 由热核反应的优势可知，选项A、B、C正确，热核反应的速度不容易人为控制，故D项错误。
11．[多选]一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是eq \\al(235, 92)U＋X→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n。已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．核反应方程中，X粒子是中子
B．核反应方程中，X粒子是质子
C.eq \\al(235, 92)U、eq \\al(144, 56)Ba和eq \\al(89,36)Kr相比，eq \\al(144, 56)Ba核的比结合能最大，它最稳定
D.eq \\al(235, 92)U、eq \\al(144, 56)Ba和eq \\al(89,36)Kr相比，eq \\al(235, 92)U核的核子数最多，它的结合能最大
解析：选AD 根据核反应质量数守恒和电荷数守恒可知题中的核反应方程中X粒子是中子，选项A正确，B错误；根据题图，核子数为80左右的原子核的比结合能最大，最稳定，所以eq \\al(235, 92)U、eq \\al(144, 56)Ba和eq \\al(89,36)Kr相比，eq \\al(89,36)Kr核的比结合能最大，最稳定，选项C错误；eq \\al(235, 92)U、eq \\al(144, 56)Ba和eq \\al(89,36)Kr相比，eq \\al(235, 92)U的核子数最多，它的结合能最大，选项D正确。
12．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)。已知氘核质量m0＝2.013 6 u，氦核质量mHe＝3.015 0 u，中子质量mn＝1.008 7 u。
(1)写出聚变方程并算出释放的核能(已知1 u相当于931.5 MeV)；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35 MeV，它们正面对撞发生核聚变，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？
解析：(1)聚变的核反应方程为2eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n。
这个核反应中的质量亏损为：
Δm＝2m0－(mHe＋mn)
＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7)u＝0.003 5 u。
释放的核能为ΔE＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒，由于反应前两核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量恒为零，即：
0＝mHevHe＋mnvn①
又由于反应前后能量守恒，故反应后氦核和中子的总动能为：eq \f(1,2)mHevHe2＋eq \f(1,2)mnvn2＝ΔE＋2Ek0②
因为mHe∶mn＝3∶1，
所以氦核和中子的速率之比为：eq \f(vHe,vn)＝eq \f(1,3)
把这两个关系式代入②式得：
ΔE＋2Ek0＝4×eq \f(1,2)mHevHe2＝4EkHe。
解得氦核的动能和中子的动能分别为：
EkHe＝eq \f(1,4)×(3.26＋2×0.35)MeV＝0.99 MeV，
Ekn＝3EkHe＝2.97 MeV。
答案：(1)2eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n 3.26 MeV
(2)0.99 MeV 2.97 MeV
粒子
π＋
π－
u
d
eq \x\t(u)
eq \x\t(d)
带电量
＋e
－e
＋eq \f(2,3)e
－eq \f(1,3)e
－eq \f(2,3)e
＋eq \f(1,3)e