19.7 核聚变 学案 (含答案)

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19.7核聚变
学案
学习目标
1．了解聚变反应的特点及其条件.
2．了解可控热核反应及其研究和发展.
3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
学习重点
聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
自主学习
一、核聚变
1．定义：两个轻核结合成质量______的核的反应．轻核聚变反应必须在______下进行，因此又叫热核反应．21
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2．核反应举例：H＋H―→__________＋n＋17.6
MeV
3．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能__________的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠__________的热就可以使反应进行下去．
4．实例分析
(1)核武器：______，由普通炸药引爆________，再由________爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．www.21-cn-jy.com
(2)宇宙天体：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的____________．
二、受控热核反应
1．聚变与裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变____________：相同质量的核燃料，聚变反应产生的能量较多．
(2)地球上聚变燃料的储量______．地球上的河流、湖泊、海洋中的水中含有丰富的____，反应中所用的氚可以用____制取，而____在地球上也有很大的储量．
(3)轻核聚变更为安全、清洁．聚变反应产生的____没有放射性，放射性废物主要是泄漏的氚和聚变时产生的高速______、______与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物________、容易处理．【来源：21cnj
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m】
2．约束核聚变材料的方法
(1)磁约束：带电粒子在均匀磁场中运动时会由于洛伦兹力的作用而不飞散，所以可用磁场约束参加反应的物质，目前性能最好的磁约束装置是________．
(2)惯性约束：聚变反应的时间非常短，聚变物质由于自身______还来不及扩散就完成了反应，因此，在______约束下，可以用激光照射的方法使聚变物质“挤”在一起发生反应．
典型例题
例1、(2009·烟台诊断)两个动能均为1
MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应H＋H―→H＋H，已知：氘核的质量为2.0136
u，氚核的质量为3.0156
u，氢核的质量为1.0073
u,1原子质量单位(u)相当于931.5
MeV.试求：【出处：21教育名师】
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少MeV
(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核所具有的动能为多少MeV
[解析]
(1)由质能方程的简化公式得：ΔE＝Δm×931.5
MeV＝(2×2.0136－3.0156－1.0073)×931.5
MeV≈4.005
MeV【来源：21·世纪·教育·网】
(2)设氚核和氢核的动量分别为p1、p2，动能分别为Ek1、Ek2.
相互作用过程中动量守恒p1＝p2
Ek1＝＝
Ek2＝＝
由能量守恒得2Ek＋ΔE＝Ek1＋Ek2
由以上几式并代入数据可解得Ek2≈4.5
MeV.
答案：(1)4.005
MeV　(2)4.5
MeV
自我检测
1．发生热核反应的办法有(　　)
A．用中子轰击
B．保持室温环境、增大压强
C．把物体加热到几百万摄氏度以上
D．用γ光子照射
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
3．(2009·郑州质检)钱学森被评为
“2007感动中国十大人物”，他参与了我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的研制工作．氢弹爆炸时发生的核反应是(　　)
A.Be＋He―→C＋n
B.Th―→Pa＋e
C.U＋n―→Sr＋Xe＋10n
D.H＋H―→He＋n
4．已知氦原子核的质量为mHe
u，电子的质量为me
u，质子的质量为mp
u，中子的质量为mn
u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦的质能方程E＝mc2可知：1
u对应931.
5
MeV的能量，若取光速c＝3×108
m/s，则每合成(聚变)一个氦原子核，释放的能量为(　　)
A．[2×(mp＋mn)－mHe]×931.5
MeV
B．[2×(mp＋mn)＋me]×931.5
MeV
C．[2×(mp＋mn＋me)]×c2
D．[2×(mp＋mn)－mHe]×c2
5．有下列反应：
①He＋Al―→P＋n
②H＋H―→He＋γ
③F＋H―→O＋He
④U＋n―→Sr＋Xe＋10n＋γ
关于上面四个核反应方程，下列说法正确的是(　　)
A．①是原子核的人工转变的反应方程式
B．②是聚变的核反应方程式
C．③是α衰变的反应方程式
D．④是裂变的核反应方程式
6．(2009·东营模拟)一个氘核和一个氚核的反应方程是H＋H―→He＋n，此反应过程产生的质量亏损为Δm.21世纪教育网版权所有
已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c.若1
mol氘和1
mol氚完全发生反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为(　　)21教育网
A.NAΔmc2
B．NAΔmc2
C．2NAΔmc2
D．5NAΔmc2
7．(2009·潍坊质检)设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应，这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源．21·世纪
教育网
已知mp＝1.007
276
u，mHe＝4.002
603
u，me＝0.000
548
u.
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应释放出的能量有多少焦？
(3)若太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W，则太阳的质量每秒将减少多少千克？
8．试求在氢弹中合成1
kg的氦时所释放的能量．(氘核H的质量为2.0136
u，氚核H的质量为3.0166
u，氦核He的质量为4.0026
u，中子的质量为1.0087
u)
参考答案
一、1.较大　高温　2.He　3.产生更多　自身产生
4．(1)氢弹　原子弹　原子弹　(2)热核反应堆　
二、1.(1)产能效率高　(2)丰富　氘　锂　锂　(3)氦　中子　质子　数量少　2.(1)环流器　(2)惯性　惯性21cnjy.com
1．选C　要发生热核反应，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万摄氏度的高温．
2．选B　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．21·cn·jy·com
6．选A　其核反应方程为2H＋2n―→He，则其反应中的质量亏损为[2(mp＋mn)－mHe]u，2·1·c·n·j·y
所以ΔE＝[2(mp＋mn)－mHe]×931.5
MeV，A选项正确．
7．选ABD　根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式．故答案为A、B、D.www-2-1-cnjy-com
8．选B　由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，一次核反应释放出的核能为ΔE＝Δmc2，则1
mol氘和1
mol氚核反应释放的能量为NAΔmc2.2-1-c-n-j-y
9．解析：(1)核反应方程式为：4H―→He＋2e
(2)该核反应中放出的结合能为：
ΔE＝(4mp－mHe－2me)c2
解得ΔE≈23.7
MeV≈3.79×10－12
J
(3)太阳每秒减少的质量为：Δm＝
解得：Δm≈4.2×109
kg
答案：(1)4H―→He＋2e　(2)3.79×10－12
J
(3)4.2×109
kg
10．解析：设弹壳内装的是氘和氚，它们在高温下聚变生成氦，核聚变方程为H＋H―→He＋n.
当一个氘核H与一个氚核H发生反应时放出的能量为
ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5
MeV≈17.6
MeV.
1
kg氦(He)中所含的原子核数目为
N＝nNA＝×6.02×1023个≈1.5×1026个．
可求得合成1
kg氦时所释放的总能量为
E＝NΔE＝1.5×1026×17.6
MeV
＝2.64×1027
MeV.
答案：2.64×1027
MeV
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