鲁科版选修3-5 4.3核聚变 达标作业（解析版)

4.3核聚变
达标作业（解析版)
1．下列说法正确的是
A．卢瑟福α粒子散射实验表明原子存在中子
B．外界温度越高，放射性元素的半衰期越短
C．核聚变反应方程中，A表示质子
D．原子核衰变为一个原子核的过程中，发生6次β衰变
2．以下核反应中，属于核聚变的是
A． B．
C． D．
3．国家大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．已知的质量为2. 0136u， 的质量为3. 0150u，的质量为1. 0073u，的质量为1. 0087u，1u=931. 5MeV/c2，下列说法中正确的是（ ）
A．两个氘核聚变成一个核的同时，产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个核的同时，产生的另一个粒子是正电子
C．该核反应过程中释放出的能量为3. 3MeV
D．该核反应过程中释放出的能量为0. 93MeV
4．原子弹、氢弹都被称为核武器，都可以瞬间产生巨大的能量，在结构上它们又有很大的区别，它们所涉及的基本核反应方程为（1），（2），关于这两个方程的下列说法正确的是
A．方程（1）中k＝10，方程（2）中d＝2
B．方程（1）是氢弹涉及的核反应方程
C．方程（2）属于α衰变
D．方程（2）属于轻核聚变
5．贝克勒尔在120多年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于重核裂变的是（　　）
A． B．
C． D．
6．电影《流浪地球》火爆春节假期,成为大家热议的话题。影片中提到太阳大约在几十亿年后,会逐渐进入红巨星时期,核心温度逐渐升高,当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始聚变成碳，即氦闪。氦闪的核反应方程为,已知和的质量分别为mc=12. 000 0u和mHe=4.002 6 u,1 u=931MeV/c2,c为光速。则太阳在发生氦闪过程中释放的能量约为( )
A．5 MeV B．7 MeV C．10 MeV D．14 MeV
7．关于近代物理的知识，下列说法正确的有（　　）
①结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
②铀核裂变的一种核反应方程为→ + +2
③设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
④若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
⑤核泄漏事故污染物铯（Cs）137能够产生对人体有危害的辐射，其衰变方程为→ +x，由方程可判断x是电子
⑥→ +X中X为中子，核反应类型为衰变
⑦β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
⑧放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子
⑩平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
8．现有两动能均为E0＝0.35 MeV的在一条直线上相向运动，两个发生对撞后能发生核反应，得到和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为和新粒子的动能．已知的质量为2.014 1 u，的质量为3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为
B．核反应前后不满足能量守恒定律
C．新粒子的动能约为3 MeV
D．的动能约为4 MeV
9．氦 3 与氘的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦 3 资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义。该核反应可表示为+→+X(X 表示某种粒子)，若 、和、X 的质量分别为 m1、m2、m3、m4，则下列选项正确的是
A．该反应释放的核能ΔE=(m1＋m 2－m 3－m 4)c2
B．的核子比结合能小于的比结合能
C．高速的 X 粒子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤
D．核聚变的实现为人类寻找到突破能量守恒定律的可能
10．下列说法正确的是(　　)
A．通过给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺疾病，这是利用放射性同位素原子作为示踪原子
B．X射线产生的物理原理是原子的内层电子受到激发后产生辐射跃迁
C．贝克勒尔发现的铀和含铀的矿物能发出看不见的射线，这种射线中存在X射线可使照相底版感光
D．目前核电站主要是核裂变，为控制核反应速度，可以利用镉棒作为慢化剂，减缓中子的速度
11．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，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，的质量可以认为是中子的3倍)．
(1)写出该核反应的方程式；
(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3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?
12．已知氘核的质量为，中子的质量为，的质量为．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV．
（1）计算上述核反应中释放的能量．
（2）若两个氘核以相等的动能发生对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的和中子的动能各是多少？
13．核聚变电站被称为“人造太阳”，它来自下面的反应：4个质子（氢核）聚变成1个α粒子，同时释放2个正电子和2个没有静止质量的中微子，质子、氢核、正电子的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，此聚变的核反应方程是_________________________（中微子可略去不写），核反应过程中释放的能量△E=______________________________．
14．太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个α粒子,同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子νe,若太阳辐射能量的总功率为P,质子、氦核、正电子的质量分别为mp、mHe、me,真空中的光速为c。 写出核反应方程式_______________________; 核反应所释放的能量ΔE=_______________________; 在t时间内参与上述热核反应的质子数N=________________________.
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，A错误；
B．半衰期与温度无关、与化学性质无关，B错误;
C．根据质量数、电荷数守恒，核聚变反应方程中，A表示中子，选项C错误；
D．根据质量数、电荷数守恒，原子核衰变为一个原子核的过程中，发生次α衰变，次β衰变，D正确。
故选D.
2．B
【解析】
【详解】
A、是发现质子的核反应，不是α衰变，故A错误；
B、，该反应自发进行，产生氦核，是α衰变，故B正确；
C、是聚变反应，故C错误；
D、是β衰变，故D错误；
故选B．
【点睛】
α衰变是自发进行的，衰变后产生氦核，根据这一特点分析判断．
3．C
【解析】
【详解】
AB．因氘核聚变的核反应方程为：
两个氘核聚变成一个核的同时，产生的另一个粒子是中子，选项AB错误；
CD．核反应过程中的质量亏损为
△m=2mH-（mHe+mn）=0.0035u
释放的核能为
△E=△mc2=0.0035uc2=3.3MeV
选项C正确，D错误。
4．D
【解析】
【详解】
A.由质量数守恒和电荷数守恒知，234+1=136+90+k，方程(1)中k=9，方程(2)中，有2+3=4+d，解得：d=1，故A错误；
B.方程(1)是铀核在中子的轰击下裂变成两中等质量的核，属于重核裂变，B错误；
CD.方程(2)是两轻核结合成中等质量的核，属于轻核聚变；故C错误，D正确.
5．B
【解析】
【详解】
A．为β衰变，故A错误。
B．为重核裂变，故B正确。
C．为轻核聚变，故C错误。
D．是原子核人工转变，故D错误。
6．B
【解析】
【详解】
根据知
则
≈7 MeV
A．5 MeV．故A符合题意．
B．7 MeV．故B符合题意．
C．10 MeV．故C符合题意．
D．14 MeV．故D符合题意．
7．B
【解析】
【详解】
①平均结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，故①错误；
②铀核裂变的一种核反应方程是U+n→Ba+Kr+3n，故②错误；
③质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损△m=2m1+2m2-m3，由质能方程可知，释放的能量△E=△mc2=（2m1+2m2-m3）c2，故③正确；
④辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故④正确；
⑤根据质量数和核电荷数守恒，可以写成其衰变方程为Cs→Bax，由方程可判断x是电子，故⑤正确；
⑥U→Th+X中X为α粒子，核反应类型为α衰变，故⑥错误；
⑦β衰变中，β粒子为电子，是由原子核的中子衰变成质子和电子释放出来的，而不是来自核外的电子，所以β衰变现象并不能够说明电子是原子核的组成部分，故⑦错误；
⑧放射性元素的半衰期非常稳定，和随温度变化无关，故⑧错误；
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子，是由原子核内部中子衰变成质子和电子释放出来的，故⑨错误；
⑩比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，要向外释放核能，故⑩正确。
故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点睛】
本题考查了近代物理的知识。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。
结合近代物理的知识，掌握平均结合能、核裂变、质能方程、质量数和核电荷数守恒等基本概念就可以解题。
8．C
【解析】
【详解】
A．由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知＋→＋，则新粒子为中子。故A错误。
B．核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律。故B错误。
CD．由题意可知
ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV
根据核反应中系统的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝，可知
＝
解得：
EkHe＝·(2E0＋ΔE)≈1 MeV
Ekn＝ (2E0＋ΔE)≈3 MeV
故C正确、BD错误。
9．AB
【解析】
【详解】
A．根据质能方程可知该反应放出的核能为
△E=（m1+m2-m3-m4）c2
故A正确；
B．反 应过程放出能量，说明后面的能量低，更稳定，而比结合能越大，越稳定，说明；的比结合能大于He的核子比结合能，故B正确；
C．根据质量数和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷 数为0，所以X为中子，不是γ射线，不可以用来工业探伤，故C错误；
D．能量守恒定律是自然 界遵守的规律，无法突破，故D错误。
10．AB
【解析】
【详解】
A.给人注射碘的放射性同位素碘131，做示踪原子，有助于诊断甲状腺的疾病，选项A正确；
B.X射线产生的物理原理是原子的内层电子受到激发后产生辐射跃迁，选项B正确；
C.1896年法国物理学家贝克勒尔发现有些物质能够发出一些看不见的射线，后来研究发现射线主要有三种，即α射线、β射线及γ射线，选项C错误；
D.核反应堆利用镉棒吸收中子，减小中子的数目，控制核反应速度，选项D错误；
11．（1）（2）3.26Mev（3）0.45Mev
【解析】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式： ；（2）质量亏损为：△m=2.0136×2-（3.0150+1.0087）=0.0035u，释放的核能为：△E=△mc2=931.5×0.0035Mev=3.26Mev；（3）设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2．反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为EK1=3.12MeV、EK2．
核反应过程系统动量守恒，以种子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m1v1-m2v2=0，由能量守恒定律得：2E0+△E=Ek1+Ek2，Ek1=m1v12，Ek2=m2v22，解得：E0=0.45?MeV；点睛：对于核反应书写核反应方程要根据质量数和电荷数守恒的原则；原子核间的作用，要抓住微观粒子的碰撞相当于弹性碰撞，遵守两大守恒：动量守恒和能量守恒．
12．（1）（2）中子动能为：氦的动能为：
【解析】
【详解】
（1）由质量数守恒和核电荷数守恒，写出核反应方程为：
则反应过程中质量减少了：
反应过程中释放的核能为： 。
（2）设核和的动量分别为和，由动量守恒定律得：
由此得和大小相等，由动能和动量关系及核和质量关系，得中子的动能是核动能的3倍，即：：：1
由能量守恒定律得：
由以上可以算出中子动能为：，氦的动能为：
13． （4m1-m2-2m3）c2
【解析】
【详解】
聚变的核反应方程是：；反应过程中的质量亏损：?m=4m1-m2-2m3，则反应放出的能量：?E=?mc2=（4m1-m2-2m3）c2.
14．
【解析】
【详解】
核反应方程式为：；
核反应过程中的质量亏损：△m=（4mP-mHe-2me），
根据爱因斯坦质能方程：△E=△mc2
可知，核反应释放的能量，△E=（4mP-mHe-2me）c2。
设单位时间内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系：，
解得：。