高中物理教科版选修3-5作业第三章 6 核聚变 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版选修3-5作业第三章 6 核聚变 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 48.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-10-29 08:36:26 | ||
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文档简介
6 核聚变
1.(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥”三号月面虹湾局部影像图,如图所示.科学家发现在月球上含有丰富的?23He(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式为?23He+23He→211H+24He.关于?23He聚变,下列表述正确的是( )
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.聚变反应会有质量亏损
D.目前核电站都采用?23He聚变反应发电
解析:聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量.但目前核电站都采用铀核的裂变反应.综上所述,选项B、C正确.
答案:BC
2.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英文名称:EAST,称“人造太阳”).设可控热核实验反应前氘核(12H)的质量为m1,氚核(13H)的质量为m2,反应后氦核(24He)的质量为m3,中子(01n)的质量为m4,已知光速为c.下列说法正确的是 ( )
A.核反应放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2
B.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4
C.这种热核实验反应是α衰变
D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
解析:核反应过程中的质量亏损Δm=m1+m2-m3-m4,释放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故A正确;核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒,核反应过程中存在质量亏损,因此m1+m2≠m3+m4,故B错误;这种装置的核反应是核聚变,我国大亚湾核电站所使用的核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故C、D错误.
答案:A
3.(多选)关于聚变,以下说法正确的是( )
A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量
B.同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核,故A错误;聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确;裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服原子间的斥力做功,故C错,D正确.
答案:BD
4.(多选)我国科技工作者分别在1964年、1967年成功爆炸了我国第一颗原子弹和氢弹.下列核反应方程中可表示两弹的爆炸原理的是( )
A.?714N+24He→817O+11H
B.92235U+01n→3890Sr+54139Xe+701n
C.92238U→90234Th+24He
D.12H+13H→24He+01n
解析:原子弹是利用核裂变反应,而氢弹是利用核聚变反应,故B项对应原子弹的爆炸原理,D项对应氢弹的爆炸原理;A项为人工核转变,C项为核衰变反应,不符合要求,故本题应选B、D.
答案:BD
5.热核反应是一种理想能源的原因包括下列哪几条 ( )
①就每一个核子平均来说,比重核裂变时释放的能量多 ②对环境的放射性污染较裂变轻,且容易处理 ③热核反应的原料在地球上储量丰富 ④热核反应的速度容易控制
A.①②③④ B.①②③
C.①②④ D.②③④
解析:热核反应温度高,反应速度难以控制.
答案:B
6.(多选)有下列核反应:
①24He+1327Al→1530P+01n
②13H+11H→24He+γ
③919F+11H→816O+24He
④92235U+01n→3890Sr+54136Xe+1001n+γ
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
解析:我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识,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.
答案:ABD
7.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为
?11H+612C→713N+Q1,11H+715N→612C+X+Q2
方程中Q1,Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
原子核
?11H
?23He
?24He
?612C
?713N
?715N
质量/u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
以下推断正确的是( )
A.X是?23He,Q2>Q1
B.X是?24He,Q2>Q1
C.X是?23He,Q2D.X是?24He,Q2解析:由核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒可确定X是α粒子,两个核反应中的质量亏损分别为:Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,结合爱因斯坦质能方程Q=Δm·c2知Q1答案:B
8.要使氘核发生聚变反应,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=3K1T2,K1叫玻耳兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能为Ep=ke2r0,r0为电荷之间的距离,则氘核聚变的温度至少为( )
A.ke2K1r0
B.ke22K1r0
C.ke23K1r0
D.ke24K1r0
解析:由能量守恒知要使氘核能够发生聚变,需2Ek≥Ep,即2×3K1T2≥ke2r0,所以T≥ke23K1r0,C正确.
答案:C
9.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量.这几种反应的总效果可以表示为6 ?12H→k ?24He+d ?11H+2 ?01n+43.15 MeV
由平衡条件可知( )
A.k=1,d=4
B.k=2,d=2
C.k=1,d=6
D.k=2,d=3
解析:根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知2k+d=64k+d+2=12,解得k=2d=2,B对.
答案:B
10.天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两种:一是在宇宙诞生后3分钟左右形成;二是在宇宙演化到恒星诞生后形成的.
(1)把轻核聚变简化成为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时释放出两个正电子(10e)和两个中微子(νe),请写出氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.
(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J,现假定该能量全部来自上述轻核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字).
(3)根据你的计算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据:银河系的质量M=3×1041 kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核的质量mHe=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子质量为零)
解析:(1)411H→24He+210e+2νe,
核反应过程中的质量亏损:Δm=4mp-mHe-2me=0.027 6 u,
核反应过程中放出的能量为ΔE=Δm×1.5×10-10 J=0.027 6×1.5×10-10 J=4.14×10-12J.
(2)通过核聚变生成的氦的质量:m=PtΔEmHe=6.1×1039 kg,
氦的含量为k=mM=6.1×10393×1041≈2%.
(3)由于2%远远小于25%,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.
答案:(1)411H→24He+210e+2νe ΔE=4.14×10-12J (2)2% (3)氦主要是宇宙诞生后不久生成的
1.(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥”三号月面虹湾局部影像图,如图所示.科学家发现在月球上含有丰富的?23He(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式为?23He+23He→211H+24He.关于?23He聚变,下列表述正确的是( )
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.聚变反应会有质量亏损
D.目前核电站都采用?23He聚变反应发电
解析:聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量.但目前核电站都采用铀核的裂变反应.综上所述,选项B、C正确.
答案:BC
2.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英文名称:EAST,称“人造太阳”).设可控热核实验反应前氘核(12H)的质量为m1,氚核(13H)的质量为m2,反应后氦核(24He)的质量为m3,中子(01n)的质量为m4,已知光速为c.下列说法正确的是 ( )
A.核反应放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2
B.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4
C.这种热核实验反应是α衰变
D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
解析:核反应过程中的质量亏损Δm=m1+m2-m3-m4,释放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故A正确;核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒,核反应过程中存在质量亏损,因此m1+m2≠m3+m4,故B错误;这种装置的核反应是核聚变,我国大亚湾核电站所使用的核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故C、D错误.
答案:A
3.(多选)关于聚变,以下说法正确的是( )
A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量
B.同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核,故A错误;聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确;裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服原子间的斥力做功,故C错,D正确.
答案:BD
4.(多选)我国科技工作者分别在1964年、1967年成功爆炸了我国第一颗原子弹和氢弹.下列核反应方程中可表示两弹的爆炸原理的是( )
A.?714N+24He→817O+11H
B.92235U+01n→3890Sr+54139Xe+701n
C.92238U→90234Th+24He
D.12H+13H→24He+01n
解析:原子弹是利用核裂变反应,而氢弹是利用核聚变反应,故B项对应原子弹的爆炸原理,D项对应氢弹的爆炸原理;A项为人工核转变,C项为核衰变反应,不符合要求,故本题应选B、D.
答案:BD
5.热核反应是一种理想能源的原因包括下列哪几条 ( )
①就每一个核子平均来说,比重核裂变时释放的能量多 ②对环境的放射性污染较裂变轻,且容易处理 ③热核反应的原料在地球上储量丰富 ④热核反应的速度容易控制
A.①②③④ B.①②③
C.①②④ D.②③④
解析:热核反应温度高,反应速度难以控制.
答案:B
6.(多选)有下列核反应:
①24He+1327Al→1530P+01n
②13H+11H→24He+γ
③919F+11H→816O+24He
④92235U+01n→3890Sr+54136Xe+1001n+γ
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
解析:我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识,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.
答案:ABD
7.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为
?11H+612C→713N+Q1,11H+715N→612C+X+Q2
方程中Q1,Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
原子核
?11H
?23He
?24He
?612C
?713N
?715N
质量/u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
以下推断正确的是( )
A.X是?23He,Q2>Q1
B.X是?24He,Q2>Q1
C.X是?23He,Q2
8.要使氘核发生聚变反应,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=3K1T2,K1叫玻耳兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能为Ep=ke2r0,r0为电荷之间的距离,则氘核聚变的温度至少为( )
A.ke2K1r0
B.ke22K1r0
C.ke23K1r0
D.ke24K1r0
解析:由能量守恒知要使氘核能够发生聚变,需2Ek≥Ep,即2×3K1T2≥ke2r0,所以T≥ke23K1r0,C正确.
答案:C
9.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量.这几种反应的总效果可以表示为6 ?12H→k ?24He+d ?11H+2 ?01n+43.15 MeV
由平衡条件可知( )
A.k=1,d=4
B.k=2,d=2
C.k=1,d=6
D.k=2,d=3
解析:根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知2k+d=64k+d+2=12,解得k=2d=2,B对.
答案:B
10.天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两种:一是在宇宙诞生后3分钟左右形成;二是在宇宙演化到恒星诞生后形成的.
(1)把轻核聚变简化成为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时释放出两个正电子(10e)和两个中微子(νe),请写出氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.
(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J,现假定该能量全部来自上述轻核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字).
(3)根据你的计算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据:银河系的质量M=3×1041 kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核的质量mHe=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子质量为零)
解析:(1)411H→24He+210e+2νe,
核反应过程中的质量亏损:Δm=4mp-mHe-2me=0.027 6 u,
核反应过程中放出的能量为ΔE=Δm×1.5×10-10 J=0.027 6×1.5×10-10 J=4.14×10-12J.
(2)通过核聚变生成的氦的质量:m=PtΔEmHe=6.1×1039 kg,
氦的含量为k=mM=6.1×10393×1041≈2%.
(3)由于2%远远小于25%,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.
答案:(1)411H→24He+210e+2νe ΔE=4.14×10-12J (2)2% (3)氦主要是宇宙诞生后不久生成的