课时提升作业：十三第三章原子核3.6核聚变
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| 名称 | 课时提升作业：十三第三章原子核3.6核聚变 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 78.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-10-03 15:57:35 | ||
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课时提升作业 十三 核 聚 变
(30分钟 50分)
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.(多选)太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026J,这些能量是在 ( )
A.重核的裂变反应中产生的
B.轻核的聚变反应中产生的
C.原子核的衰变反应中产生的
D.热核反应中产生的
【解析】选B、D。由于太阳的主要成分是氢,它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应.这一反应又叫热核反应,故B、D正确。
2.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程为HeHeHHe。关于He聚变,下列表述中正确的是 ( )
A.聚变反应不会释放能量
B.聚变反应产生了新的原子核
C.聚变反应没有质量亏损
D.目前核电站都采用He聚变反应发电
【解析】选B。聚变反应释放的能量很大,故有质量亏损,A、C错误。由反应方程式可知聚变反应产生了新的原子核,B正确。目前人们还不能有效地控制聚变的反应速度,核电站利用的是核裂变,D错误。
3.(多选)关于核能的利用,下列说法正确的是 ( )
A.我国已建成并投入使用的核电站既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量原子能
B.核电站对环境的污染比燃煤发电小
C.目前核电站的危害主要是核燃料具有放射性
D.核聚变是一种安全、不产生放射性物质、原料成本低廉的核反应
【解析】选B、C、D。目前还没有用聚变来发电,核电站利用的是重核裂变,A错误;核电站不排放二氧化碳,氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘,有利于环境保护,B正确;但用于核电站的燃料铀及废弃物具有放射性,对人体和环境都有危害,C正确;轻核聚变无放射性,且海水含有大量的氘,D正确。
4.(多选)在某些恒星内,3个α粒子结合成一个CC原子的质量是12.000 0 uHe原子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27kg,则 ( )
A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.0078u
B.反应过程中的质量亏损是Δm=1.29×10-29kg
C.反应过程中放出的能量是7.27 MeV
D.反应过程中放出的能量是1.16×10-19J
【解析】选A、B、C。核反应方程为HeC,质量亏损Δm=3×4.0026u- 12.0000u=0.0078u。A正确。Δm=0.0078×1.66×10-27kg=1.29×10-29kg,B正确。ΔE=0.0078×931.5MeV=7.27MeV,C正确。ΔE=7.27×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,D错误。
5.分析图片,下列说法中正确的是 ( )
A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量
C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量
【解析】选C。由题图知,若要将氘核拆散为分散的质子和中子需要吸收能量;反之,要把分散的核子结合成原子核,就会放出能量,故C正确,D错误.根据爱因斯坦质能方程,质子和中子的质量之和大于氘核的质量,故A、B错误。
6.要使两个氘核发生聚变,必须使它们之间的距离接近到r0,也就是接近到核力能够发生作用的范围。物质温度很高时,氘原子将变为等离子体,等离子体的分子平均动能为Ek=k1T,k1为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能Ep=,r0为电荷之间的距离,则氘核聚变时的温度至少为 ( )
A. B. C. D.
【解题指南】解答本题要明确以下两点:
(1)两氘核在没有达到核力作用距离之前,只有库仑力做功。
(2)电势能是两个氘核间的电势能,所以两个氘核的动能和电势能之和不变。
【解析】选C。由能量守恒知,要使氘核发生聚变,需2×≥,所以T≥,故C正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
7.(10分)我国在核聚变研究领域处于世界先进行列,在实验中观察到有下列4种核反应:
HHHen+3.25MeV;
HHHH+4.00MeV;
HHHen+17.5MeV;
HHeHeH+18.3MeV。
已知在实际发生核聚变时,上述4种反应的概率相同,其原料直接或间接都是氘核,而氘核在地球上的储量非常丰富,每升海水中大约有0.030g氘,那么1L海水中的氘全部发生聚变释放的总能量为多少?(NA取6.02×1023mol-1)
【解析】由于发生4种反应的概率相同,将4个核反应相加得总反应为HHe+n+H+43.05MeV
1mol氘全部聚变释放的能量为
ΔE=MeV=6.91×1011J
每升海水中所含的氘为0.030g,释放的总能量应为E=ΔE×=1.04×1010J
答案:1.04×1010J
8.(10分)已知氘核质量为2.0136u,中子质量为1.0087uHe核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子,释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为1u时,释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外He的质量可以认为是中子的3倍)
(1)写出该核反应的反应方程式。
(2)该核反应释放的核能是多少?
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV,则反应前每个氘核的动能是多少MeV?
【解析】(1)核反应方程为HHHen
(2)质量亏损为:Δm=2.013 6×2u-(3.015 0u+1.008 7u)=0.0035u,释放的核能为:ΔE=Δm×931.5MeV=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2,速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0,反应后中子和He核动能分别为E1、E2,根据动量守恒定律,得m1v1-m2v2=0,==3,E2=E1/3=1.04MeV。由能量的转化和守恒定律,得E1+E2=2E0+ΔE,E0=0.45MeV。
答案:(1HHHen
(2)3.26MeV (3)0.45MeV
【总结提升】核反应中的能量守恒问题
(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程式.
(2)根据ΔE=Δmc2计算释放核能.
(3)看有无光子产生,如果没有,核反应释放的能量转化为生成的新核和新粒子的动能,利用动量守恒和能量守恒求解。
(30分钟 50分)
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.(多选)太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026J,这些能量是在 ( )
A.重核的裂变反应中产生的
B.轻核的聚变反应中产生的
C.原子核的衰变反应中产生的
D.热核反应中产生的
【解析】选B、D。由于太阳的主要成分是氢,它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应.这一反应又叫热核反应,故B、D正确。
2.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程为HeHeHHe。关于He聚变,下列表述中正确的是 ( )
A.聚变反应不会释放能量
B.聚变反应产生了新的原子核
C.聚变反应没有质量亏损
D.目前核电站都采用He聚变反应发电
【解析】选B。聚变反应释放的能量很大,故有质量亏损,A、C错误。由反应方程式可知聚变反应产生了新的原子核,B正确。目前人们还不能有效地控制聚变的反应速度,核电站利用的是核裂变,D错误。
3.(多选)关于核能的利用,下列说法正确的是 ( )
A.我国已建成并投入使用的核电站既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量原子能
B.核电站对环境的污染比燃煤发电小
C.目前核电站的危害主要是核燃料具有放射性
D.核聚变是一种安全、不产生放射性物质、原料成本低廉的核反应
【解析】选B、C、D。目前还没有用聚变来发电,核电站利用的是重核裂变,A错误;核电站不排放二氧化碳,氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘,有利于环境保护,B正确;但用于核电站的燃料铀及废弃物具有放射性,对人体和环境都有危害,C正确;轻核聚变无放射性,且海水含有大量的氘,D正确。
4.(多选)在某些恒星内,3个α粒子结合成一个CC原子的质量是12.000 0 uHe原子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27kg,则 ( )
A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.0078u
B.反应过程中的质量亏损是Δm=1.29×10-29kg
C.反应过程中放出的能量是7.27 MeV
D.反应过程中放出的能量是1.16×10-19J
【解析】选A、B、C。核反应方程为HeC,质量亏损Δm=3×4.0026u- 12.0000u=0.0078u。A正确。Δm=0.0078×1.66×10-27kg=1.29×10-29kg,B正确。ΔE=0.0078×931.5MeV=7.27MeV,C正确。ΔE=7.27×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,D错误。
5.分析图片,下列说法中正确的是 ( )
A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量
C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量
【解析】选C。由题图知,若要将氘核拆散为分散的质子和中子需要吸收能量;反之,要把分散的核子结合成原子核,就会放出能量,故C正确,D错误.根据爱因斯坦质能方程,质子和中子的质量之和大于氘核的质量,故A、B错误。
6.要使两个氘核发生聚变,必须使它们之间的距离接近到r0,也就是接近到核力能够发生作用的范围。物质温度很高时,氘原子将变为等离子体,等离子体的分子平均动能为Ek=k1T,k1为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能Ep=,r0为电荷之间的距离,则氘核聚变时的温度至少为 ( )
A. B. C. D.
【解题指南】解答本题要明确以下两点:
(1)两氘核在没有达到核力作用距离之前,只有库仑力做功。
(2)电势能是两个氘核间的电势能,所以两个氘核的动能和电势能之和不变。
【解析】选C。由能量守恒知,要使氘核发生聚变,需2×≥,所以T≥,故C正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
7.(10分)我国在核聚变研究领域处于世界先进行列,在实验中观察到有下列4种核反应:
HHHen+3.25MeV;
HHHH+4.00MeV;
HHHen+17.5MeV;
HHeHeH+18.3MeV。
已知在实际发生核聚变时,上述4种反应的概率相同,其原料直接或间接都是氘核,而氘核在地球上的储量非常丰富,每升海水中大约有0.030g氘,那么1L海水中的氘全部发生聚变释放的总能量为多少?(NA取6.02×1023mol-1)
【解析】由于发生4种反应的概率相同,将4个核反应相加得总反应为HHe+n+H+43.05MeV
1mol氘全部聚变释放的能量为
ΔE=MeV=6.91×1011J
每升海水中所含的氘为0.030g,释放的总能量应为E=ΔE×=1.04×1010J
答案:1.04×1010J
8.(10分)已知氘核质量为2.0136u,中子质量为1.0087uHe核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子,释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为1u时,释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外He的质量可以认为是中子的3倍)
(1)写出该核反应的反应方程式。
(2)该核反应释放的核能是多少?
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV,则反应前每个氘核的动能是多少MeV?
【解析】(1)核反应方程为HHHen
(2)质量亏损为:Δm=2.013 6×2u-(3.015 0u+1.008 7u)=0.0035u,释放的核能为:ΔE=Δm×931.5MeV=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2,速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0,反应后中子和He核动能分别为E1、E2,根据动量守恒定律,得m1v1-m2v2=0,==3,E2=E1/3=1.04MeV。由能量的转化和守恒定律,得E1+E2=2E0+ΔE,E0=0.45MeV。
答案:(1HHHen
(2)3.26MeV (3)0.45MeV
【总结提升】核反应中的能量守恒问题
(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程式.
(2)根据ΔE=Δmc2计算释放核能.
(3)看有无光子产生,如果没有,核反应释放的能量转化为生成的新核和新粒子的动能,利用动量守恒和能量守恒求解。