高中物理人教版5第十九章原子核7核聚變

課時(shí)作業(yè)19核聚變1．目前核電站利用的核反應(yīng)是()A．裂變，核燃料為鈾 B．聚變，核燃料為鈾C(jī)．裂變，核燃料為氘 D．聚變，核燃料為氘答案：A2．下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過(guò)程的是()\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e \o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e \o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He解析：因?yàn)檩p核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變，此題關(guān)鍵在一個(gè)“聚”字，暗示變化之前應(yīng)至少有兩種核，四個(gè)選項(xiàng)中只有B符合要求。答案：B3．太陽(yáng)不斷地向外輻射能量，仍保持1千萬(wàn)度以上的高溫，其主要原因是太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著激烈地()A．衰變反應(yīng) B．人工核反應(yīng)C．裂變反應(yīng) D．熱核反應(yīng)解析：太陽(yáng)內(nèi)部時(shí)刻都在進(jìn)行著輕核聚變反應(yīng)，即熱核反應(yīng)，并伴隨著釋放出巨大的能量。答案：D4．下列關(guān)于聚變的說(shuō)法中，正確的是()A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫(kù)侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，所以氫彈可以利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．太陽(yáng)和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng)解析：要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力。答案：A、C、D5．重核的裂變和輕核的聚變是人類利用核能的兩種主要方式，但只有重核的裂變被人類和平利用，其原因是輕核聚變()A．產(chǎn)能效率不高B．核燃料儲(chǔ)量不夠豐富C．核廢料的處理比較困難D．反應(yīng)速度的控制比較困難解析：裂變和聚變都釋放核能，聚變產(chǎn)能效率高，核燃料儲(chǔ)量豐富，且核廢料容易處理，缺點(diǎn)是核反應(yīng)速度難以控制，D正確。答案：D6．重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，下面關(guān)于它們的說(shuō)法中正確的是()A．裂變和聚變過(guò)程中都有質(zhì)量虧損B．裂變過(guò)程中有質(zhì)量虧損，聚變過(guò)程中質(zhì)量有所增加C．裂變過(guò)程中質(zhì)量有所增加，聚變過(guò)程中有質(zhì)量虧損D．裂變和聚變過(guò)程中質(zhì)量都有增加解析：在重核裂變和輕核聚變過(guò)程中都會(huì)釋放出大量的熱量，由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知，無(wú)論是裂變還是聚變，質(zhì)量都會(huì)減少，而質(zhì)量變化叫做質(zhì)量虧損，所以僅A選項(xiàng)正確。答案：A7．現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)方程：①eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e②eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n下列說(shuō)法正確的是()A．①是裂變，②是β衰變，③是聚變B．①是聚變，②是裂變，③是β衰變C．①是β衰變，②是裂變，③是聚變D．①是β衰變，②是聚變，③是裂變解析：裂變是重核變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核，②是；衰變有α衰變和β衰變，α衰變的結(jié)果是釋放氦核，β衰變的結(jié)果是從原子中釋放電子，①是；聚變是質(zhì)量較小的核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，③是。綜上所述C正確。答案：C8．據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是()A．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太陽(yáng)”核能大小的計(jì)算公式是E＝eq\f(1,2)mc2解析：“人造太陽(yáng)”發(fā)生的是氫核聚變，所以核反應(yīng)方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，而B(niǎo)選項(xiàng)中的核反應(yīng)是核裂變，故錯(cuò)誤；“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的計(jì)算公式為E＝mc2，故選項(xiàng)A、C正確。答案：A、C9．雷蒙德·戴維斯因研究來(lái)自太陽(yáng)的電子中微子(νe)而獲得了2023年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他探測(cè)中微子所用的探測(cè)器的主體是一個(gè)貯滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。電子中微子可以將一個(gè)氯核變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程式為νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e。已知eq\o\al(37,17)Cl核的質(zhì)量為58u，eq\o\al(37,18)Ar核的質(zhì)量為91u，eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量為55u,1u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為MeV。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為()A．MeV B．MeVC．MeV D．MeV解析：核反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)前的能量應(yīng)大于或等于反應(yīng)后的能量。質(zhì)量關(guān)系為mνe＋mCl≥mAr＋me，得mνe≥88u。則電子中微子的最小能量應(yīng)為0．00088u×MeV/u＝MeV，故A正確。答案：A10．已知核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X。若用c表示光速，則()A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2D．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可知X為eq\o\al(1,0)n(中子)，再根據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D正確。答案：D11．完成下列核反應(yīng)方程，并說(shuō)明其反應(yīng)類型：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋________，屬________反應(yīng)；eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________，屬________反應(yīng)；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n，屬________反應(yīng)。解析：在核反應(yīng)中應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則。答案：2eq\o\al(1,0)n裂變eq\o\al(4,2)He衰變eq\o\al(4,2)He聚變12．試求在氫彈中，當(dāng)合成1kg的氦時(shí)所釋放出的能量。(氘核eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為6u，氚核eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為6u，氦核eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為6u，中子的質(zhì)量為7u)解析：設(shè)彈殼內(nèi)裝的是氘和氚輕元素，它們?cè)诟邷叵戮圩兩珊?，核聚變方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)n。當(dāng)一個(gè)氘核eq\o\al(2,1)H與一個(gè)氚核eq\o\al(3,1)H發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出的能量為ΔE＝Δmc2＝6＋6－6－7)×MeV＝MeV。1kg氦(eq\o\al(4,2)He)中所含的原子核數(shù)目為N＝nNA＝eq\f(1000,6)××1023＝×1026個(gè)。這樣合成1kg氦核eq\o\al(4,2)He時(shí)所放出的總能量為E＝NΔE＝×1026×MeV＝×1027MeV。答案：×1027MeV13．太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源。(1)寫出這個(gè)核反應(yīng)方程；(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為×1026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少千克？(mp＝3u，mα＝5u，me＝55u)解析：(1)核反應(yīng)方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e(2)這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損是Δm＝4mp－mα－2me＝6u，ΔE＝Δmc2＝6×MeV＝MeV(3)由ΔE＝Δmc2得每秒太陽(yáng)質(zhì)量減少Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f×1026,×108)2)kg＝×109kg。答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e(2)MeV(3)×109kg14．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝929×10－27kg，正電子的質(zhì)量為me＝×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)。真空中的光速c＝解析：為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的各個(gè)核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項(xiàng)，系列反應(yīng)最終等效為4p→α＋2e＋＋2ν設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q。代入數(shù)值可得Q＝×10－12J。答案：×10－12J15．2023年，我國(guó)自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽(yáng)”——托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國(guó)家行列。該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，反應(yīng)原料氘(eq\o\al(2,1)H)富存于海水中，而氚(eq\o\al(3,1)H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過(guò)中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到。(1)請(qǐng)把下列用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：eq\o\al(6,3)Li＋________→________＋eq\o\al(3,1)H。(2)