高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业 核聚变+核能的利用与环境保护 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业 核聚变+核能的利用与环境保护 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 15.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-05-18 19:18:13 | ||
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文档简介
课时跟踪检测（十二） 核聚变 核能的利用与环境保护
1．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．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温
D．用γ光子照射
解析：选C 轻核聚变反应时核子之间距离达到10－15 m，要使它们接近到这种程度必须克服巨大的库仑斥力，用中子轰击，用γ光子照射，保持室温、增大压强都达不到，故A、B、D错。当把物质加热到几百万摄氏度以上的高温时，一部分原子核具有足够的动能克服库仑斥力撞到一起发生核聚变反应，故C对。
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
解析：选D 太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应，A、B、C错，D对。
3．[多选]关于核能的利用，下列说法正确的是( )
A．核电站的反应堆将释放的核能转化为蒸汽的内能，再转化为电能
B．采用“内爆法”促使链式反应，做成的原子弹设计难度大，但材料利用率高
C．核电站对环境的污染比燃煤发电大
D．核燃料的危害主要是其具有放射性
解析：选ABD 核电站的能量转化过程为核能到内能再到电能，A正确。“内爆法”难度大，但材料利用率高，B正确。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，C错误。放射性对人体和环境都有危害，D正确。
4．下列关于聚变的说法中不正确的是( )
A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功
B．轻核聚变需要几百万度的高温，因此轻核聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应
解析：选A 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，故必须克服库仑斥力做功，A错误；要克服核子间斥力做功，必须有足够大的动能，方法就将其加热到几百万度的高温，B正确；热核反应必须在几百万度的高温下进行，这样高的温度是利用原子弹爆炸释放的能量获得的，C正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，D正确。
5．关于核电站，以下说法正确的是( )
A．核电站中的核反应是无法控制的
B．目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变
C．采用增殖反应堆可以使核原料充分利用
D．核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用
解析：选C 目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的快慢，A、B均错。采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而使资源得到充分利用，C对。核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D错。
6．核反应方程H＋H―→He＋n，在该核反应中将( )
A．吸收能量，质量增加 B．吸收能量，质量亏损
C．放出能量，质量亏损 D．放出能量，质量增加
解析：选C 该核反应是聚变反应，放出能量，质量亏损。
7．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应。核反应方程是4H―→He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
解析：选D 由质量数守恒和核电荷数守恒知：X为e，A、B均错。该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，C错。ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，D对。
8．2006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，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。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电子
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：选D 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、B、C错误，D正确。
9．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
解析：选D 根据ΔE＝Δmc2得Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg，故选项D正确。
10．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是H＋H―→He＋n。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：选B 氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确。
11．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为H＋H―→He＋x，式中x是某种粒子。已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)。
解析：根据质量数和电荷数守恒可得x是n(中子)。
核反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u
所以核反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV。
答案：n(或中子) 17.6
12．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2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg。
(1)写出氘和氚聚合的反应方程。
(2)试计算这个核反应释放出来的能量。
(3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗氘的质量为多少？(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.00×108 m/s，结果取两位有效数字)
解析：(1)反应方程为H＋H―→He＋n。
(2)由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝(2.0141＋3.016 0－4.002 6－1.008 7)×1.66×10－27×32×1016 J＝2.8×10－12 J。
(3)每年消耗氘的质量为
M＝×2.014 1×1.66×10－27 kg
＝ kg
＝23 kg。
答案：(1)H＋H―→He＋n (2)2.8×10－12 J
(3)23 kg
1．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．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温
D．用γ光子照射
解析：选C 轻核聚变反应时核子之间距离达到10－15 m，要使它们接近到这种程度必须克服巨大的库仑斥力，用中子轰击，用γ光子照射，保持室温、增大压强都达不到，故A、B、D错。当把物质加热到几百万摄氏度以上的高温时，一部分原子核具有足够的动能克服库仑斥力撞到一起发生核聚变反应，故C对。
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
解析：选D 太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应，A、B、C错，D对。
3．[多选]关于核能的利用，下列说法正确的是( )
A．核电站的反应堆将释放的核能转化为蒸汽的内能，再转化为电能
B．采用“内爆法”促使链式反应，做成的原子弹设计难度大，但材料利用率高
C．核电站对环境的污染比燃煤发电大
D．核燃料的危害主要是其具有放射性
解析：选ABD 核电站的能量转化过程为核能到内能再到电能，A正确。“内爆法”难度大，但材料利用率高，B正确。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，C错误。放射性对人体和环境都有危害，D正确。
4．下列关于聚变的说法中不正确的是( )
A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功
B．轻核聚变需要几百万度的高温，因此轻核聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应
解析：选A 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，故必须克服库仑斥力做功，A错误；要克服核子间斥力做功，必须有足够大的动能，方法就将其加热到几百万度的高温，B正确；热核反应必须在几百万度的高温下进行，这样高的温度是利用原子弹爆炸释放的能量获得的，C正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，D正确。
5．关于核电站，以下说法正确的是( )
A．核电站中的核反应是无法控制的
B．目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变
C．采用增殖反应堆可以使核原料充分利用
D．核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用
解析：选C 目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的快慢，A、B均错。采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而使资源得到充分利用，C对。核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D错。
6．核反应方程H＋H―→He＋n，在该核反应中将( )
A．吸收能量，质量增加 B．吸收能量，质量亏损
C．放出能量，质量亏损 D．放出能量，质量增加
解析：选C 该核反应是聚变反应，放出能量，质量亏损。
7．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应。核反应方程是4H―→He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是( )
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
解析：选D 由质量数守恒和核电荷数守恒知：X为e，A、B均错。该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，C错。ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，D对。
8．2006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，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。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电子
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：选D 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、B、C错误，D正确。
9．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
解析：选D 根据ΔE＝Δmc2得Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg，故选项D正确。
10．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是H＋H―→He＋n。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：选B 氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确。
11．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为H＋H―→He＋x，式中x是某种粒子。已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)。
解析：根据质量数和电荷数守恒可得x是n(中子)。
核反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u
所以核反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV。
答案：n(或中子) 17.6
12．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2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg。
(1)写出氘和氚聚合的反应方程。
(2)试计算这个核反应释放出来的能量。
(3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗氘的质量为多少？(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.00×108 m/s，结果取两位有效数字)
解析：(1)反应方程为H＋H―→He＋n。
(2)由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝(2.0141＋3.016 0－4.002 6－1.008 7)×1.66×10－27×32×1016 J＝2.8×10－12 J。
(3)每年消耗氘的质量为
M＝×2.014 1×1.66×10－27 kg
＝ kg
＝23 kg。
答案：(1)H＋H―→He＋n (2)2.8×10－12 J
(3)23 kg