2019-2020学年高中物理 19.7-17.8核聚变 粒子和宇宙课时提升训
练（含解析）新人教版选修3-5
1.(多选)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度的高温,因此轻核聚变又叫做热核反应 C.原子弹爆炸能产生几百万度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D.只有太阳内部进行着剧烈的热核反应
【解析】选A、B、C。轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10m,故必须克服库仑斥力做功,A正确;要克服核子间作用力做功,必须有足够大的动能,方法就是将其加热到几百万度的高温,B正确;热核反应必须在几百万度的高温下进行,这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得,C正确;在太阳和许多恒星内部都存在热核反应,D错误。
2.重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方法,下面关于它们的说法中正确的是 ( )
A.裂变和聚变过程都有质量亏损
B.裂变过程有质量亏损,聚变过程质量有所增加 C.裂变过程质量有所增加,聚变过程有质量亏损 D.裂变和聚变过程质量都有所增加
【解析】选A。重核裂变和轻核聚变都会放出能量;根据质能互换可知,它们都有质量亏损,故A正确,B、C、D错误。
3.(2014·珠江高二检测)现有三个核反应方程:
Na
Mg
2351141921e ②92U＋0n?56Ba＋36Kr＋30n
-15
HHHen
下列说法正确的是 ( ) A.①是裂变,②是β衰变,③是聚变 B.①是聚变,②是裂变,③是β衰变 C.①是β衰变,②是裂变,③是聚变 D.①是β衰变,②是聚变,③是裂变
【解析】选C。裂变是重核变为中等质量的核,②是;衰变有α衰变和β衰变,α衰变的结果是释放氦核,β衰变的结果是从原子中释放电子,①是;聚变是质量较小的核结合成质量较
大的核,③是。综上所述C正确。
4.(多选)(2013·德州高二检测)下列关于夸克模型的说法正确的是 ( ) A.强子是由更基本的夸克组成的 B.夸克的电荷量分别为元电荷的+或- C.每种夸克都有对应的反夸克 D.夸克能以自由的状态单个出现
【解析】选A、B、C。夸克不能以自由的状态单个出现,D错误,A、B、C正确。
5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×10J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近
( )
A.10kg
3626
B.10kg
18
C.10kg
2
13
D.10kg
kg=4.4×10kg。
9
9
【解析】选D。根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc,得Δm==
6.(多选)月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3He)”的化学元素,是热核聚变的重要原料。
科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3,如果相关技术研究成功,将为地球带来取之不尽的能源。关于氦3与氘核聚变,下列说法中正确的是
( )
A.核反应方程为He
H
He
H
B.核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量 C.氦3D.氦3
He)一个核子的结合能大于氦4
He)一个核子的结合能
He)与氘核发生聚变反应将放出能量
He)与氘核聚变的核反应方程符合质量数与电荷数守恒,故A对;聚
【解析】选A、D。氦3
变是放能反应,故D对;因为聚变反应放出大量的能量,因此核反应生成物的质量将小于参加反应物质的质量,即质量有亏损,故B错;因为较小的核合并成较大的核,核子的结合能都会增加,故C错。
7.(2013·山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到10K时,可以发生“氦燃烧”。
8
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程He+______ (2
-16
Be+γ。
-16
Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10s。一定质量的Be,经7.8×10s后所
剩Be占开始时的________。
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析: (1)核反应方程与电荷守恒定律; (2)半衰期及剩余质量的计算方法。
【解析】(1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知He(2
-16
-16
HeBe+γ。
Be的半衰期为2.6×10s,经过7.8×10s后,也就是经过3个半衰期后剩余的质量为
n
3
m′=()m=()m, 所剩Be占开始时的。 答案:(1
He (2)或12.5%
8.(2014·辽师大附中高二检测)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为H
C
N+Q1H
N
C+X+Q2,方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关
的原子核质量见下表:
原子核 H He He C N N 质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 则X是__________,Q2__________(选填“大于”“等于”或“小于”)Q1。
【解析】据核反应过程中反应前后质量数和电荷数守恒,有X为He;据ΔE=Δmc,Δm为质量亏损,c为光速,经过计算Δm1=0.002 1u,Δm2=0.005 3u,则可以知道Q2>Q1。 答案: 2He 大于
9.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.007 3 u,中子质量mn=1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u。 (1)写出聚变方程; (2)释放出的核能多大?
(3)平均每个核子释放的能量是多少?
42
【解析】(1)聚变方程为H+(2)质量亏损
nH
Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.006 7 u 释放的核能
ΔE=Δmc=0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。 (3)平均每个核子放出的能量为
MeV=2.08 MeV。 答案:(1
H+
n
H (2)6.24 MeV
2
(3)2.08 MeV
1.(多选)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”的核反应方程是H
235B.“人造太阳”的核反应方程是92UHHe
141n→56Ban
Kr+
2
n
C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc D.“人造太阳”核能大小的计算公式是E=mc
【解析】选A、C。“人造太阳”发生的是氢核聚变,所以核反应方程式为H
H
He
n,
2
而B选项中的核反应是核裂变,故A正确,B错误;“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc,而核能大小的计算公式为E=mc,故选项C正确,D错误。
2.(多选)我国自行研制了可控热核反应装置“超导托卡马克”。设可控热核反应前氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,反应后氦核的质量为m3,中子的质量为m4。已知光速为c。下列说法正确的是 ( )
A.这种装置中发生的反应方程式是H
H
He
n
2
2
B.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4 C.核反应释放的能量为(m1+m2-m3-m4)c
D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用的核装置的核反应原理是相同的
【解析】选A、C。由核反应的反应物、生成物及电荷数和质量数守恒可知A正确;质量数守
2
恒不是质量守恒,这一核聚变反应过程要释放大量的能量,有质量亏损,B错误;由质能方程知C正确;大亚湾核电站所使用的核装置是利用核的裂变反应原理,D错。 3.K介子衰变的方程为:K
---
π+π,其中K介子和π介子带负的基本电荷,π介子不带
-
-0--0
电。一个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点相切如图所示,它们的半径
-0
与之比为2∶1,π
0
介子的轨迹未画出,由此可知π的动量大小与π的动量大小之比为 ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3
D.1∶6
【解析】选C。由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知: 轨道半径R=所以即
==
==
==
-
∝p
又由动量守恒定律得所以
==
+
4.两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的质量mD=2.01360u,氦核的质量mHe=3.0150u,中子的质量mn=1.0087u。
(1)写出聚变方程并计算两个氘核聚变释放的核能。
(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35MeV。它们正面对撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则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:核反应过程中的质量亏损为 Δm=2mD-(mHe+mn)=0.0035u
H
He
n,
2019-2020学年高中物理 19.7-17.8核聚变 粒子和宇宙课时提升训练（含解析）新人教版选修3-5
