4-3、4-4 核聚变 核能的利用与环境保护 同步练习 (含答案解析) (1)

第3节
核聚变
第4节
核能的利用与环境保护
(时间：60分钟)
考查知识点及角度
难度及题号
基础
中档
稍难
对核聚变的理解
1、2、3、4
计算核聚变的核能
5、6、7
8、9
综合提升
10、11
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"../../../达标基训.tif"
\
MERGEFORMAT
知识点一　对核聚变的理解
1．关于核聚变，以下说法不正确的是
(　　)．
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15
m以内，核力才能起作
用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的
氘核
解析　与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)
核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以
B项是不正确的．
答案　B
2．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
(　　)．
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．聚变反应中粒子的比结合能变小
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　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，
则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．
答案　B
3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地
(　　)．
A．衰变反应
B．人工核反应
C．裂变反应
D．热核反应
解析　太阳的内部时刻都在进行着轻核的聚变，即热核反应．
答案　D
4．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是
(　　)．
A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损
B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加
C．裂变过程和聚变过程都有质量增加
D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损
解析　重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两
过程均会有质量亏损．
答案　D
知识点二　计算核聚变的核能
5．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30
MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26
MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为
(　　)．
A．21.04
MeV
B．35.56
MeV
C．77.64
MeV
D．92.16
MeV
解析　6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30
MeV＝
84.9
MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26
MeV能量，故6个中子
和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9
MeV＋7.26
MeV＝92.16
MeV.
答案　D
6．氘和氚发生聚变反应的方程式是H＋H→He＋n＋17.6
MeV，若有2
g氘和3
g
氚全部发生聚变，NA为阿伏加德罗常数，则释放的能量是
(　　)．
A．NA×17.6
MeV
B．5NA×17.6
MeV
C．2NA×17.6
MeV
D．3NA×17.6
MeV
解析　由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6
MeV能
量和1个中子，则1
mol的氘和1
mol氚全部聚变成1
mol氦核时释放的能量
为ΔE＝NA×17.6
MeV.　
答案　A
7．2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1
000
s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是
(　　)．
A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
解析　由核反应方程知2H→He＋X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝
(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具
有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确．
答案　BD
8．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106
eV的能量，写出核反应方程，并计算1
g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量？
解析　该反应的核反应方程为：4H―→He＋2e，由此可知，平均每个氢
核反应释放出的能量为
E0＝
eV＝7×105
eV
1
g氢核(即1
mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个
应释放出的总能量E为：
E＝7×105×6.0×1023
eV＝4.2×1029
eV＝6.72×1010
J.
答案　见解析
9．为了验证爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，设计了下面的实验：用动能E1＝0.9
MeV的质子去轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E＝19.9
MeV.(质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.007
3
u、7.016
u、4.001
5
u)
(1)写出该核反应方程式；
(2)计算核反应过程中释放的能量ΔE；
(3)通过计算说明ΔE＝Δmc2的正确性．
解析　可先计算核反应过程中的质量亏损Δm，再根据爱因斯坦质能方程，
计算出核反应中释放的能量ΔE，并建立一个理想模型．释放的能量全部转
化为系统的动能，计算出核反应中系统的动能的增加量E－E1.在误差允许的
范围内，只要释放的能量ΔE与系统的动能的增加量E－E1近似相等，即可
说明ΔE＝Δmc2是正确的．
(2)核反应过程中的质量亏损
Δm＝(1.007
3＋7.016
0－2×4.001
5)
u＝0.020
3
u.
根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量．
ΔE＝0.020
3×931.5
MeV＝18.9
MeV.
(3)由实验知反应前后系统增加的动能是
E－E1＝(19.9－0.9)
MeV＝19.0
MeV.
这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等，证明了方程ΔE＝
Δmc2是正确的．
答案　(1)H＋Li―→2He　(2)18.9
MeV　(3)见解析
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10．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2
MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是
(　　)．
A．用能量小于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子
和一个中子
B．用能量等于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子
和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子
和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子
和一个中子，它们的动能之和不为零
解析　氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合
能2.2
MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为
零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量
不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大
于2.2
MeV，故D对，B、C错．
答案　AD
11．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013
6
u，氦核质量mHe＝3.015
0
u，中子质量mn＝1.008
7
u.
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35
MeV，它们正撞发生聚变，且反应
后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析　(1)核反应方程为：H＋H―→n＋He.
设反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003
5
u.
由质能方程得释放核能
ΔE＝Δm×931.5
MeV＝0.003
5×931.5
MeV＝3.26
MeV.
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0＝mHevHe＋mnvn，
①
由能量守恒有：mHev＋mnv＝ΔE＋2Ek0.
②
由①②代入数据可得EkHe＝0.99
MeV，
Ekn＝2.97
MeV.
答案　(1)3.26
MeV　(2)0.99
MeV　2.97
MeV