人教版物理高三选修3-5第十九章第七节核聚变同步训练

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人教版物理高三选修35第十九章
第七节核聚变同步训练
一．选择题
1．原子核ZAX与氘核12H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知（）
A．A=2，Z=1B．A=2，Z=2C．A=3，Z=3D．A=3，Z=2
答案：D
解析：解答：写出该反应的方程有：ZAX+12H→24He+11H
应用质量数与电荷数的守恒得：A+2=4+1，Z+1=2+1，解得A=3，Z=2，故ABC错误，D正确．
故选D．
分析：解本题的关键是学会书写核反应方程，在核反应过程中，电荷数和质量数是守恒的，根据这两个守恒从而确定A和Z的数值．
2．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）
A．化学反应B．放射性衰变C．裂变反应D．热核反应
答案：D
解析：解答：太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应．故D正确，A、B、C错误．
故选D．
分析：太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应．
3．秦山核电站是我国第一座自主研究、设计和建造的核电站，它为中国核电事业的发展奠定了基础．秦山核电站的能量来自于（）
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素衰变放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．轻核聚变放出的能量
答案：C
解析：解答：核电站发电是利用重核裂变原理，故C正确，A、B、D错误．
故选：C．
分析：核电站是利用核能发电，利用了核裂变原理．
4．关于原子物理的相关知识，下列说法正确的是（）
A．太阳辐射能量主要来自太阳内部的核聚变反应
B．一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该光的波长太短
C．发生光电效应时，入射光的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越小
D．大量的氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，只能辐射两种不同频率的光
答案：A
解析：解答：A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应．故A正确；
B、一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，说明了光子的能量太小，是因为该束光的波长太长；故B错误；
C、发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，光子的能量越大，由：Ekm=Hγ﹣W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大．故C不正确
D、大量的氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时，会辐射三种不同频率的光，故D错误
故选：A．
分析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应；一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长；发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大
5．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）
A．裂变反应B．热核反应C．化学反应D．放射性衰变
答案：B
解析：解答：太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应．故B正确．
故选：B．
分析：轻核的聚变在超高温超高压下才能完成，所以聚变反应有被称为热核反应，太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应．
6．下列说法不正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的热核反应
B．波尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的
C．核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑大得多
D．光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型
答案：D
解析：解答：A、太阳内部在进行剧烈的热核反应，释放出巨大的核能，故A正确；
B、玻尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的，故B正确；
C、核力是核子之间的作用力，它是核子组成稳定的原子核的非常巨大的力，是一种强相互作用，主要是吸引力，比库仑力大得多，在吸引范围内，核力约是静电斥力的100倍，故C正确；
D、α粒子散射实验证明了原子核式结构模型，光电效应证明光具有粒子性，故D错误；
故选：D．
分析：太阳内部发生的热核反应；玻尔提出了电子轨道的量子化和能量的量子化；核力是一种强相互作用力．光电效应说明光具有粒子性．在核反应中，电荷数守恒、质量数守恒．
7．原子能资源的综合利用已成为世界各国的发展方向，我国在综合利用原子能方面进展较快，目前我国核电站已建成9座、正在建设的3座、即将开建的有4座．届时将较好地改变我国能源结构．对有关原子核的下列说法中正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
C．X射线是处于激发态的原子核辐射出来的
D．核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力与库仑力差不多大
答案：B
解析：解答：A、太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应，故A错误；
B、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的，故B正确；
C、X射线是因为原子的内层电子受到激发产生的，γ射线是激发态的原子核辐射的．故C错误；
D、核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力远大于库仑力．故D错误．
故选：B．
分析：太阳的能量来自于内部的核聚变，X射线是因为原子的内层电子受到激发产生的；比结合能越大的原子核越稳定．
8．以下物理过程中原子核发生变化而产生新核的有（）
A．光电效应现象 B．卢瑟福的α粒子散射实验
C．X射线的产生过程 D．太阳内部发生的剧烈反应
答案：D
解析：解答：A、光电效应是发出光电子的现象，未产生新核．故A错误．
B、卢瑟福的α粒子散射实验，是氦核受到库仑斥力发生偏转，未产生新核．故B错误．
C、伦琴射线的产生过程，是核外电子逸出，未产生新核．故C错误．
D、太阳内部发生的是聚变反应，产生新核．故D正确．
故选：D．
分析：通过判断各种物理现象的实质，确定有无新核的产生．
9．核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：（1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂；（4）冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（）
A．使快中子减速，维持链式反应的进行
B．吸收中子，控制链式反应的速度
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高
D．控制铀的体积不要超过临界体积
答案：B
解析：解答：控制棒是用含有金属铪、铟、银、镉等材料做成的；可以有效吸收反应堆中的中子；
中子越多，核反应越剧烈；故核反应堆就像一堆火一样，要想让核燃料的“火势”减弱或加强，可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现，插入得越深，“吃”掉的中子越多，拔出的越高，产生的中子越多；要想关闭核反应堆，只需把足够量的控制棒插入到核反应堆里即可；
故选：B．
分析：根据核反应堆的工作原理分析，明确各部件的主要作用，知道核反应的链式反应是如何进行的．
10．链式反应中，重核聚变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是（）
A．质子 B．中子 C．β粒子 D．α粒子
答案：B
解析：解答：在重核的裂变中，铀235需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变，所以重核聚变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是中子．
故选：B．
分析：在重核的裂变中，铀235需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变．
11．下列说法正确的是（）
A．原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
B．在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变
D．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应．
答案：D
解析：解答：A、原子核发生α衰变时，由于质量亏损，新核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量．故A错误；
B、在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越不稳定．故B错误；
C、氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，吸收光子，原子的总能量增大．故C错误；
D、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应．故D正确．
故选：D
分析：根据α衰变的特点解答A，根据原子核的微观特点解答B，根据波尔理论解答C，太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应．
12．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的有（）
A．每个核子跟所有的核子发生核力作用
B．太阳内部发生的核反应是热核反应
C．紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D．卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
答案：B
解析：解答：A、核子为短程力，只能跟邻近的核子产生核力的作用；故A不正确；
B、太阳内部发生的是热核反应；故B正确；
C、光电子的最大初动能与入射光的频率有关与光照强度无关，因此增大光照强度，光子的最大初动能不变，故C错误；
D、原子核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的，而玻尔原子理论，能解释氢原子的稳定性和原子光谱的分立特征；故D错误；
故选：B．
分析：核力是短程力，只跟邻近的核子产生核力的作用；
太阳内部发生的核反应为热核反应；
光电子的最大初动能与入射光的频率有关与光照强度无关；
原子核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的；
关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象．
13．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．用γ光子照射
D．把参与反应的物质加热到几百万度以上的高温
答案：D
解析：解答：根据轻核聚变发生的条件可知，发生轻核聚变的方法是把参与反应的物质加热到几百万度以上的高温．
故选：D
分析：发生轻核聚变的方法是把参与反应的物质加热到几百万度以上的高温．
14．下列说法不正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
B．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
C．一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
D．发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大
答案：C
解析：解答：A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应．故A正确；
B、天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，揭开了原子物理学的新的篇章．故B正确；
C、一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，说明了光子的能量太小，是因为该束光的波长太长；故C错误；
D、发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，光子的能量越大，由：Ekm=Hγ﹣W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大．故D正确．
故选：C
分析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应；天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构；一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长；发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大．
15．下列说法正确的是（）
A．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构
B．接收无线电波时需要对电磁波进行调制
C．核聚变又称热核反应，可见核聚变时要吸收能量
D．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
答案：D
解析：解答：A、汤姆生发现电子，由卢瑟福提出原子具有核式结构，故A错误；
B、发射无线电波时需要对电磁波进行调制，而接收时，则需要解调，故B错误；
C、核聚变又称热核反应，可见核聚变时要释放巨大能量，故C错误；
D、由狭义相对论，真空中光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D正确；
故选：D．
分析：卢瑟福提出原子的核式结构；接收无线电波时需要解调，发射过程中需要调制；核聚变又称热核反应，释放巨大能量；在不同的惯性参考系中，光速不变原理，即可求解．
二．填空题
16．核能是一种高效的能源：
①在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（见图甲）．结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是 ．
②图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了 射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了 射线的辐射．
答案：混凝土|β|γ
解析：解答：①由图乙可知，燃料包壳为铝，压力壳为铅，而安全壳为混凝土；
②三种射线中β射线给穿过1mm的铝片；而γ射线能穿过3mm的铝片，故答案为：β、γ；
故答案为：①混凝土；②β；γ
分析：根据图乙中给出数据可知安全壳的材料；根据射线的穿透能力结合图象进行分析可知工作人员受到的辐射．
17．核电站是人类和平利用核能的一个实例．目前核电站是利用 释放的核能来发电的．（选填“核裂变”或“核聚变”）
答案：核裂变
解析：解答：目前核电站是利用核裂变释放的核能来发电的．
答案为：核裂变
分析：现在世界上的核电站都是利用核裂变发电的．
18．太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不 环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的 效应制成的．
答案：污染|光伏
解析：解答：太阳能的特点是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光伏效应制成的．
答案为：污染，光伏
分析：光伏发电原理是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术．
19．人类利用的大部分能量都是直接或间接来自于太阳能．在太阳内部，氢原子核在超高温下发生 ，释放出巨大的 ．今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的 ．
答案：核聚变|能量|太阳能
解析：解答：人类利用的大部分能量都是直接或间接来自于太阳能．在太阳内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放巨大的能量．今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能．
故答案为：核聚变，能量，太阳能．
分析：太阳内部进行的是核聚变，释放巨大的能量．化石燃料实际上储存了上亿年前地球所接收的太阳能．
20． 2006年11月21日，中国、欧盟、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度七方在法国总统府正式签署一个能源方面的联合实施协定及相关文件，该协定中的能源是指 能源．
答案：核聚变
解析：解答：国际热核聚变实验反应堆的原理，类似太阳发光发热．即在上亿度的超高温条件下．利用氢的同位素氘、氚的聚变反应释放出核能．热核聚变燃料氘、氚可以从海水中提取，1升海水中的氘、氚经过核聚变反应释放的能量．相当于300升汽油，可以说原料取之不尽；核聚变反应不产生温室气体和核废料，不会危害环境．这项计划的实施结果，将决定人类能否迅速、大规模使用核聚变能源，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程，意义非常巨大．
故答案为：核聚变．
分析：参加国际热核聚变实验反应堆计划的欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯、印度七方代表，11月21日在法国总统府爱丽舍富正式签署联合实验协定以及相关文件，人类开发热核聚变能源的宏伟计划全面启动．
三．解答题
21．一个氘核和一个氚核发生聚变，放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量，并写出核反应方程．
答案：解答：根据质量数守恒，新核的质量数：m=2+3﹣1=4
根据电荷数守恒，新核的电荷数：Z=1+1﹣0=2
所以新核是氦核，核反应方程式为：H+H→He+n
2克氘的物质的量是1mol，3克氚的物质的量也是1mol，所以它们一起产生1mol的氦核，放出的热量是：MeV
答：2克氘和3克氚聚变放出的能量是1.06×1025MeV，该核反应方程是：H+H→He+n
解析：解答：根据质量数守恒，新核的质量数：m=2+3﹣1=4
根据电荷数守恒，新核的电荷数：Z=1+1﹣0=2
所以新核是氦核，核反应方程式为：H+H→He+n
2克氘的物质的量是1mol，3克氚的物质的量也是1mol，所以它们一起产生1mol的氦核，放出的热量是：MeV
答：2克氘和3克氚聚变放出的能量是1.06×1025MeV，该核反应方程是：H+H→He+n
分析：① 根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程，并确定新核的种类．
② 先求解出质量亏损，再根据爱因斯坦质能方程求解出方程的核能．
22．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为m1，氚原子的质量为m2，氦原子的质量为m3，中子的质量为m4，真空中光速为C
（1）写出氘和氚聚变的核反应方程；
答案：氘和氚聚变的核反应方程H+H→He+n
（2）试计算这个核反应释放出来的能量．
答案：由△E=△mC2得
解析：解答：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得，H+H→He+n（2）由△E=△mC2得
答：（1）氘和氚聚变的核反应方程H+H→He+n；（2）核反应释放出来的能量．
分析：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．（2）根据爱因斯坦质能方程求出核反应所释放的能量．
23．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氨3核与氘核发生聚变反应有质子流产生
（1）写出核反应方程，
答案：根据题意设生成的新核，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A
解得A=4
根据核反应过程中核电荷数守恒可得2+1=1+Z
解得Z=2，
故新核为He
所以核反应方程式为：H+H→He+n
（2）若该反应中质量亏损为9.0×l0﹣30kg，且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能（聚变前粒子的动能可忽略不计）．
答案：核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2
可得释放的能量△E=9.0×10﹣30×（3×108）2=8.1×10﹣13J
由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为8.1×10﹣13J．
解析：解答：① 根据题意设生成的新核，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A
解得A=4
根据核反应过程中核电荷数守恒可得2+1=1+Z
解得Z=2，
故新核为He
所以核反应方程式为：H+H→He+n
② 核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2
可得释放的能量△E=9.0×10﹣30×（3×108）2=8.1×10﹣13J
由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为8.1×10﹣13J．
分析：① 要写出核反应方程，必须知道生成物是什么，所以可以根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式．
② 要计算生成物的总动能，就必须知道核反应释放的核能，根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2即可求出核反应释放的能量．
24．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部4个氢核（11H）转化成一个氦核（24He）相两个正电子10e）并放出能量．已知质子质量mP=1.0073u，α粒子质量mα=4.0015u，电子质量me=0.0005u．其中u为原子质量单位，且lu相当于931.5MeV．
（1）写出该核聚变的反应方程；
答案：由4个氢核（H）转化成一个氦核（He）相两个正电子e），该反应方程为：411H→24He+210e
（2）一次这样的核反应过程中释放出多少兆电子伏特的能量？（保留4位有效数字）
答案：质量减小：△m=4mP﹣mα﹣2me=4×1.0073u﹣4.0015u﹣2×0.0005u=0.0267u
放出的能量：△E=0.0267u×931.5MeV/u=24.87MeV
解析：解答：（1）由4个氢核（H）转化成一个氦核（He）相两个正电子e），该反应方程为：411H→24He+210e（2）质量减小：△m=4mP﹣mα﹣2me=4×1.0073u﹣4.0015u﹣2×0.0005u=0.0267u
放出的能量：△E=0.0267u×931.5MeV/u=24.87MeV
答：（1）该热核反应方程为411H→24He+210e（2）一次这样的热核反应过程中释放出24.87MeV能量．
分析：根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程．
应用质能方程△E=△mc2求解太阳每秒钟减少的质量．
25．太阳能是在太阳内部，氢原子核发生什么？释放出的核能．电能属于什么能源？
答案：解答：太阳能是在太阳内部，氢原子核发生聚变，释放出的核能，这一过程每时每刻在太阳的内部都在进行着，因此，其能量相当巨大；
电能无法从自然界直接获取和利用，因此属于二次能源．
故答案为：聚变；二次．
解析：
分析：根据对太阳能实质的了解来回答第一个问题；一次能源是指可直接从自然界获取并利用的能量，而二次能源则需要从其它能源转化而来，无法直接获取．
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