1、简答题 太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化,假定目前太阳全部由电子和核组成。
(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R=6.4×106 m,地球质量m=6.0×1024 kg,日地中心的距离r=1.5×1011 m,地球表面处的重力加速度g=10 m/s2,1年约为3.2×107秒,试估算目前太阳的质量M。
(2)已知质子质量mp=1.6726×10-27 kg,质量mα=6.6458×10-27 kg,电子质量me=0.9×10-30 kg,光速c=3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。
(3)又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能w=1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。(估算结果只要求一位有效数字。)
?
参考答案:(1)2×1030 kg?(2)4.2×10-12 J?(3)1百亿年
本题解析:(1)估算太阳的质量M
设T为地球绕日心运动的周期,则由万有引力定律和牛顿定律可知
?①
地球表面处的重力加速度
?②
?③
以题给数值代入,得M=2×1030 kg?④
(2)根据质量亏损和质能公式,该核反应每发生一次释放的核能为
△E=(4mp+2me-mα)c2?⑤
代入数值,得
△E=4.2×10-12 J?⑥
(3)根据题给假设,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为??⑦
因此,太阳总共辐射出的能量为
E=N·△E
设太阳辐射是各向同性的,则每秒内太阳向外放出的辐射能为
ε=4πr2w?⑧
所以太阳继续保持在主星序的时间为
?⑨
由以上各式解得
以题给数据代入,并以年为单位,可得
t=1×1010年=1百亿年
本题难度:一般
2、选择题 (选修3-5选做题)
太阳能是由太阳内部热核反应所释放出的光能、热能及辐射能量所组成。它每年辐射到地球上的能量达1 813亿吨标准煤,相当于全世界年需要能量总和的5 000倍,是地球上最大的能源。太阳内部的热核反应方程为,若已知的质量为m1,的质量为m2,的质量为m3,中子质量为m4,下列说法正确的是
[? ]
A.和是两种不同元素的原子核
B.和在常温下就能够发生反应
C.这个反应释放核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2
D.这个反应过程中质量亏损为Δm=m1+m2-m3
参考答案:C
本题解析:
本题难度:简单
3、计算题 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种:一是在宇宙诞生3分钟左右后生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的.
(1) 把核聚变反应简化为4 个氢核聚变成氦核同时放出2个正电子和2个中微子,请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.
(2)研究表明,银河系的年龄约为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含量(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:银河系质量约为M=3×1041kg,原子质量单位1 u =1. 66×10 -27kg,1u相当于1.5×10-10J的能量,电子质量me=0. 0005u,氦核质量mα=4.0026u,氢核质量mp=1. 0078u,中微子νe质量为零)
参考答案:解:(1)4H→He+2e+2e
△m=4mp-mα-2me
△E=△mc2=4.14×10-12J
氦的含量?
(3)由估算结果可知k=2%,远小于25%的实际值,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.
本题解析:
本题难度:一般
4、计算题 一个质子和两个中子聚变成一个氚核,已知质子质量为1.0073u,中子质量为1.0087u,氚核质量为3.0180u,
(1)写出核反应方程;(2)求该反应中释放的核能。
参考答案:(1)(2)
本题解析::(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得
(2)该核反应中质量亏损,
则释放的核能
考点:考查了质能方程核反应方程
本题难度:一般
5、选择题 (选修3-5选做题)
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?
[? ]
A.“人造太阳”的核反应方程式是
B.“人造太阳”的核反应方程式是
C.根据公式可知,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释放的能量相同
参考答案:AC
本题解析:
本题难度:简单
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