【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第5章第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護(hù)分層作業(yè)課件

第5章第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護(hù)1234567891011A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(多選)在某次核反應(yīng)中,1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氦核,則下列說法正確的是(

)A.這是一個(gè)聚變反應(yīng)C.目前核電站都采用上述核反應(yīng)發(fā)電D.該核反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損AB1234567891011解析

1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氦核,反應(yīng)方程為

,這是聚變反應(yīng),故A、B正確;目前核電站采用核裂變發(fā)電,故C錯(cuò)誤;該反應(yīng)放出熱量,所以一定有質(zhì)量虧損,故D錯(cuò)誤。12345678910112.如圖所示,托卡馬克(tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置,這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的),kamera(真空室),magnet(磁)的頭兩個(gè)字母以及kotushka(線圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫詞。根據(jù)以上信息,下列判斷錯(cuò)誤的是(

)A.這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變,同時(shí)釋放出大量的能量,和太陽發(fā)光的原理類似B.線圈的作用是通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不飛出C.這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案D.該裝置是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束D1234567891011解析

聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變,放出能量,故A正確;線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不飛出,故B正確;該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案:磁約束裝置,另一種方案是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束,故C正確,D錯(cuò)誤。12345678910113.2021年12月31日,國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施EAST人造太陽核聚變實(shí)驗(yàn)裝置取得重大突破,實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置高溫等離子運(yùn)行新的世界紀(jì)錄?！叭嗽焯枴焙朔磻?yīng)的方程為C12345678910111234567891011A.3m1>m2 B.3m1<m2C.3m1=m2

D.m1=3m2A解析

由于發(fā)生上述核聚變時(shí)釋放核能,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,該反應(yīng)存在質(zhì)量虧損,所以3m1>m2,故A正確。1234567891011A.聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C.聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采用

聚變反應(yīng)發(fā)電B1234567891011解析

聚變反應(yīng)時(shí)將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的新核,聚變過程會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出大量的能量,但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng),可控的輕核聚變尚在實(shí)驗(yàn)階段。故A、C、D錯(cuò)誤,B正確。12345678910113解析

根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可得還放出3個(gè)中子。

12345678910117.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073u,中子質(zhì)量mn=1.0087u,氚核質(zhì)量m=3.0180u,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(1)寫出聚變方程。(2)求釋放出的核能是多大。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)求平均每個(gè)核子釋放的能量是多大。1234567891011(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.007

3+2×1.008

7-3.018

0)u=0.006

7

u釋放的核能ΔE=0.006

7×931.5

MeV=6.24

MeV。1234567891011B級(jí)關(guān)鍵能力提升練8.(多選)氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4,如果氘核和氚核結(jié)合生成氦核,則下列說法正確的是(

)B.這是一個(gè)裂變反應(yīng)C.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3D.核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2AD解析

核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,由此可知A正確;該核反應(yīng)為聚變反應(yīng),故B錯(cuò)誤;該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=m1+m2-m3-m4,故C錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故D正確。1234567891011AC12345678910111234567891011mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kg;mBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.6047×10-27kg。試寫出核反應(yīng)方程,求出反應(yīng)中釋放的核能。1234567891011解析

根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可以寫出核反應(yīng)方程。根據(jù)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損,用愛因斯坦質(zhì)能方程可求出釋放的核能。則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=3.578×10-28

kg由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為ΔE=Δmc2=3.578×10-28×(3×108)2

J=3.220

2×10-11

J。123456789101111.太陽內(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的能量來源。(mp=1.0073u,mHe=4.0026u,me=0.00055u,1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV)(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)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少?1234567891011(2)反應(yīng)前的總質(zhì)量為m1=4mp=4×1.007

3

u=4.029

2

u反應(yīng)后的總質(zhì)量為m2=mHe+2me=(4.002

6+2×0.