A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 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,故反应后质量增加
解析:选B 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多,但平均每个核子释放的能量一定大,故A错误,B正确;由于聚变反应中释放出巨大能量,则平均结合能一定变大,质量发生亏损,故C、D错误。
3.重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个主要途径,下列说法正确的是( ) A.裂变和聚变的过程中都有质量亏损 B.裂变过程有质量亏损,聚变过程质量不变 C.裂变过程质量不变,聚变过程有质量亏损 D.裂变和聚变过程中质量都增加
解析:选A 裂变和聚变都是释放核能的反应,因此都有质量亏损,A正确。 4.(全国高考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量,该反应方程为:1H+1
H→2He+x,式中x是某种粒子。已知:1H、1H、2He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u;1 u=931.5 MeV/c,c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知,粒子x是________,该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)。
解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,x的质量数为1,电荷数为零,故x为中子。质量亏损Δm=2.0141 u+3.016 1 u-(4.002 6 u+1.008 7 u)=0.018 9 u,E=Δmc=0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV。
答案:0n(或中子) 17.6
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[课时跟踪检测十八]
一、单项选择题
1.发生轻核聚变的方法是( ) A.用中子轰击
B.保持室温环境,增大压强
C.把物质加热到几百万开尔文以上的高温 D.用γ光子照射
解析:选C 轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温,使核子间的距离达到10内,核力可以发生作用,选项C正确。
2.太阳内部持续不断地发生着4个质子(1H)聚变为1个氦核(2He)的热核反应。核反应方程是41H―→2He+2X,这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、
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m以
m2、m3,真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A.方程中的X表示中子(0n) B.方程中的X表示电子(-1e)
C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2
D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c
解析:选D 由质量数守恒和电荷数守恒知:X为 +1e,A、B错误;该反应中质量亏损Δm=4m1-m2-2m3,C错误;ΔE=Δmc=(4m1-m2-2m3)c,D正确。
3.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(1H)的质量为m1,氚核(1H)的质量为m2,反应后氦核(2He)的质量为
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m3,中子(10n)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1H+1H→2He+0n 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)c
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1H+1H→2He+0n,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=Δmc=(m1+m2-m3-m4)c,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。
4.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.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:选A 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组合成氘核,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,B、C、D的产生都在A之后,因此A正确。
5.为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪(AMS)”将在太空中寻找“反物质”,所谓“反
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物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,则反氢原子是( )
A.由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成 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:选B 反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成,故B正确。
二、多项选择题
6.下列关于聚变的说法中,正确的是( ) A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功
B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温,因此聚变又叫热核反应
C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应 解析:选ABCD 聚变时,要使轻核之间的距离达到10
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m,必须克服库仑斥力做功,
选项A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明,原子核必须处在几百万开尔文以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的,选项B、C正确;在太阳和许多恒星内部存在着热核反应,选项D正确。
7.科学家发现月球上含有丰富的2He(氦3)。它是一种高效、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2He+2He→21H+2He。关于2He聚变,下列表述正确的是( )
A.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2He聚变反应发电
解析:选BC 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。目前核电站都采用铀核的裂变反应发电。综上所述,选项B、C正确。
8.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
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解析:选AC 1H+1H→2He+0n是核聚变反应,A对,B错;C、D选项中都是核裂变反应,C对,D错。
三、非选择题
9.海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为:―→21H+1H He+0n,其中氘核的质量为2.013 6 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u。(1 u=931.5 MeV/c)求:
(1)核反应中释放的核能;
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。
解析:(1)核反应中的质量亏损Δm=2mH-mHe-mn。 由ΔE=Δmc可知释放的核能 ΔE=(2mH-mHe-mn)c ≈3.26 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程中系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大、反向,反应前后系统的总动量为零,即
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mHevHe-mnvn=0
反应前后系统的总能量守恒,即 112mHev2He+mnvn=ΔE+ΔEkH 22又因为mHe∶mn=3∶1,所以
vHe∶vn=1∶3
由以上各式代入已知数据解得
Ekn=2.97 MeV,EkHe=0.99 MeV。
答案:(1)3.26 MeV (2)2.97 MeV 0.99 MeV