3.6核聚变 标作业（解析版)
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3.6核聚变
达标作业（解析版)
1．和是重要的聚变核燃料，和聚变的核反应方程为+→+X+17.6MeV，X与Y核反应又可获得，即X+Y→++4.9MeV，则下列说法正确的是
A．X是电子
B．Y的核电荷数为4
C．+→+X+17.6MeV中的17.6MeV是的结合能
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为0.7MeV
2．以下核反应中，属于核聚变的是
A． B．
C． D．
3．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，已知的质量为，的质量为，的质量为，。氘核聚变反应中释放的核能约为（ ）
A． B．
C． D．
4．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（）”的化学元素，将可作为地球发电燃料。即利用氘和氦3发生核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量进行发电。关于“氦3”与氘核聚变反应，下列说法中正确的是（ ）
A．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
B．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应
C．生成的新核是
D．核聚变反应需要的条件是氦3的体积足够大
5．以下有关近代物理的内容叙述正确的是
A．放射性元素在发生衰变时2个中子和2个质子结合为一个粒子，设中子、质子和粒子的质量分别为，则
B．在关于物质波的表达式和中，能量和动量是描述物质的波动性的重要物理量，波长和频率是描述物质的粒子性的典型物理量
C．在原子核发生衰变后，新核往往处于不稳定的高能级状态，会自发地向低能级跃迁
D．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损
6．下列说法正确的是
A．U→Th+X中X为中子，核反应类型为β衰变
B． H+H→He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变
C．U+n→Xe+Sr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D．N+He→O+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变
7．一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，并释放能量.下列说法正确的是( )
A．该核反应为裂变反应
B．该新核的中子数为2
C．氘核(H)与氚核(H)是两种不同元素的原子核
D．若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为
8．我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是（ ）
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
9．“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置.2018年11月，有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破，获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件，朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步，已知“人造太阳”核聚变的反应方程为，关于此核聚变，以下说法正确的是（ ）
A．要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核拥有很大的动能
B．Z=0，M=1
C．1mol氘核和1mol氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV的能量
D．聚变比裂变更安全、清洁
10．关于核衰变和核反应，下列表述正确的有( )
A． 是α衰变
B． 是β衰变
C． 是热核反应
D． 是重核裂变
11．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子
（1）确定核反应方程中a、b的值；
（2）在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力。设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W。若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
12．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氨3核与氘核发生聚变反应有质子流产生；
（1）写出核反应方程，
（2）若该反应中质量亏损为9.0×l0﹣30kg ， 且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能（聚变前粒子的动能可忽略不计）．
13．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
14．在下列四个核反应中，X表示中子的是________，属于原子核的人工转变的是_______。
A．＋＋X
B．＋＋X
C．＋＋X
D．＋X＋＋10X
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．根据质量数、电荷数守恒可知，X是中子，A项错误;
B．根据质量数、电荷数守恒可知，Y的核电荷数为3，B项错误；
C．核子结合成原子核释放的能量才是结合能，C项错误；
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为=0. 7MeV，D项正确.
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．B
【解析】
【详解】
氘核聚变反应的质量亏损，则该反应释放的核能为
。
A. 与上述计算结果不符，故A不符合题意；
B. 与上述计算结果相符，故B符合题意；
C. 与上述计算结果不符，故C不符合题意；
D. 与上述计算结果不符，故D不符合题意。
4．C
【解析】
【详解】
A．释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，A错误；
B．目前核聚变反应无法有效的控制，核电站普遍利用重核裂变，B错误；
C．核反应方程为，生成的新核是，C正确；
D．轻核聚变在高温、高压下才可以发生，重核裂变才要求裂变物质体积达到临界体积，D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，有质量亏损，即为△m=2m1+2m2-m3，故A错误．在关于物质波的表达式E=hv和中，能量E和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量，波长λ和频率v是描述物质的波动性的典型物理量，故B错误．在原子核发生衰变后，新核往往处于不稳定的高能级状态，会自发地向低能级跃迁，选项C正确；重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有能量放出，都有质量亏损，选项D错误.
6．C
【解析】
【详解】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C反应中的K质量总数为10，电荷数为0，为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工核转变，选项D错误；故选C.
7．BD
【解析】
【详解】
AB.一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，根据电荷数守恒、质量数守恒知，新核的电荷数为2，质量数为4，则新核的中子数为2，属于轻核的聚变，故A错误，B正确；
C.氘核(H)与氚核(H)都只有一个质子，属于同一种元素的两种同位素，故C错误；
D.若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，反应过程中的质量亏损为 ，故D正确.
8．AD
【解析】
【详解】
核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。
9．BD
【解析】
【详解】
A．“人造太阳”是以超导磁场约束，通过波加热，让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变，故A错误。
B．根据质量数和核电荷数守恒，可以求出X为中子，即Z=0，M=1，故B正确。
C．1个氘核和1个氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV的能量，故C错误。
D．轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，故D正确。
故选BD.
10．AC
【解析】
【详解】
A：是α衰变，故A项正确。
B：是人工转变，故B项错误。
C：是热核反应，故C项正确。
D：是β衰变，故D项错误。
【点睛】
用快速粒子（天然射线或人工加速的粒子）穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，就是原子核的人工转变。
11．①核反应方程中a、b的值分别为1和2；②运动质子速度至少为
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒判断中微子的质量数和电荷数；反应过程中根据动量守恒和能量守恒列式即可求解。
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知a=1，b=2．
（2）设运动质子速度为v，且以该速度方向为正方向，此过程中动量守恒，则有：mv0=2mv
根据能量守恒得：
解得：
【点睛】
解决本题的关键知道核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒，知道反应过程中根据动量守恒和能量守恒。
12．(1) (2) 8.1×10﹣13J
【解析】
【分析】
（1）要写出核反应方程，必须知道生成物是什么，所以可以根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式． （2）要计算生成物的总动能，就必须知道核反应释放的核能，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2即可求出核反应释放的能量．
【详解】
（1）根据题意设生成的新核，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A，解得A=4；根据核反应过程中核电荷数守恒可得：2+1=1+Z；解得Z=2，故新核为
所以核反应方程式为：
（2）核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2 可得释放的能量△E=9.0×10-30×（3×108）2=8.1×10-13J 由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为8.1×10-13J．
13．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
14．BCD AB
【解析】
【详解】
设的质量数为，电荷数为；
A、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示质子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
B、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
C、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于轻核聚变；
D、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于重核裂变；
X表示中子的是选项BCD，属于原子核的人工转变的是选项AB。
达标作业（解析版)
1．和是重要的聚变核燃料，和聚变的核反应方程为+→+X+17.6MeV，X与Y核反应又可获得，即X+Y→++4.9MeV，则下列说法正确的是
A．X是电子
B．Y的核电荷数为4
C．+→+X+17.6MeV中的17.6MeV是的结合能
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为0.7MeV
2．以下核反应中，属于核聚变的是
A． B．
C． D．
3．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，已知的质量为，的质量为，的质量为，。氘核聚变反应中释放的核能约为（ ）
A． B．
C． D．
4．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（）”的化学元素，将可作为地球发电燃料。即利用氘和氦3发生核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量进行发电。关于“氦3”与氘核聚变反应，下列说法中正确的是（ ）
A．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
B．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应
C．生成的新核是
D．核聚变反应需要的条件是氦3的体积足够大
5．以下有关近代物理的内容叙述正确的是
A．放射性元素在发生衰变时2个中子和2个质子结合为一个粒子，设中子、质子和粒子的质量分别为，则
B．在关于物质波的表达式和中，能量和动量是描述物质的波动性的重要物理量，波长和频率是描述物质的粒子性的典型物理量
C．在原子核发生衰变后，新核往往处于不稳定的高能级状态，会自发地向低能级跃迁
D．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损
6．下列说法正确的是
A．U→Th+X中X为中子，核反应类型为β衰变
B． H+H→He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变
C．U+n→Xe+Sr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D．N+He→O+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变
7．一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，并释放能量.下列说法正确的是( )
A．该核反应为裂变反应
B．该新核的中子数为2
C．氘核(H)与氚核(H)是两种不同元素的原子核
D．若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为
8．我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是（ ）
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
9．“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置.2018年11月，有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破，获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件，朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步，已知“人造太阳”核聚变的反应方程为，关于此核聚变，以下说法正确的是（ ）
A．要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核拥有很大的动能
B．Z=0，M=1
C．1mol氘核和1mol氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV的能量
D．聚变比裂变更安全、清洁
10．关于核衰变和核反应，下列表述正确的有( )
A． 是α衰变
B． 是β衰变
C． 是热核反应
D． 是重核裂变
11．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子
（1）确定核反应方程中a、b的值；
（2）在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力。设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W。若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
12．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氨3核与氘核发生聚变反应有质子流产生；
（1）写出核反应方程，
（2）若该反应中质量亏损为9.0×l0﹣30kg ， 且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能（聚变前粒子的动能可忽略不计）．
13．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
14．在下列四个核反应中，X表示中子的是________，属于原子核的人工转变的是_______。
A．＋＋X
B．＋＋X
C．＋＋X
D．＋X＋＋10X
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．根据质量数、电荷数守恒可知，X是中子，A项错误;
B．根据质量数、电荷数守恒可知，Y的核电荷数为3，B项错误；
C．核子结合成原子核释放的能量才是结合能，C项错误；
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为=0. 7MeV，D项正确.
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．B
【解析】
【详解】
氘核聚变反应的质量亏损，则该反应释放的核能为
。
A. 与上述计算结果不符，故A不符合题意；
B. 与上述计算结果相符，故B符合题意；
C. 与上述计算结果不符，故C不符合题意；
D. 与上述计算结果不符，故D不符合题意。
4．C
【解析】
【详解】
A．释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，A错误；
B．目前核聚变反应无法有效的控制，核电站普遍利用重核裂变，B错误；
C．核反应方程为，生成的新核是，C正确；
D．轻核聚变在高温、高压下才可以发生，重核裂变才要求裂变物质体积达到临界体积，D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，有质量亏损，即为△m=2m1+2m2-m3，故A错误．在关于物质波的表达式E=hv和中，能量E和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量，波长λ和频率v是描述物质的波动性的典型物理量，故B错误．在原子核发生衰变后，新核往往处于不稳定的高能级状态，会自发地向低能级跃迁，选项C正确；重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有能量放出，都有质量亏损，选项D错误.
6．C
【解析】
【详解】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C反应中的K质量总数为10，电荷数为0，为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工核转变，选项D错误；故选C.
7．BD
【解析】
【详解】
AB.一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，根据电荷数守恒、质量数守恒知，新核的电荷数为2，质量数为4，则新核的中子数为2，属于轻核的聚变，故A错误，B正确；
C.氘核(H)与氚核(H)都只有一个质子，属于同一种元素的两种同位素，故C错误；
D.若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，反应过程中的质量亏损为 ，故D正确.
8．AD
【解析】
【详解】
核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。
9．BD
【解析】
【详解】
A．“人造太阳”是以超导磁场约束，通过波加热，让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变，故A错误。
B．根据质量数和核电荷数守恒，可以求出X为中子，即Z=0，M=1，故B正确。
C．1个氘核和1个氚核发生核聚变，可以放出17.6MeV的能量，故C错误。
D．轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，故D正确。
故选BD.
10．AC
【解析】
【详解】
A：是α衰变，故A项正确。
B：是人工转变，故B项错误。
C：是热核反应，故C项正确。
D：是β衰变，故D项错误。
【点睛】
用快速粒子（天然射线或人工加速的粒子）穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，就是原子核的人工转变。
11．①核反应方程中a、b的值分别为1和2；②运动质子速度至少为
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒判断中微子的质量数和电荷数；反应过程中根据动量守恒和能量守恒列式即可求解。
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知a=1，b=2．
（2）设运动质子速度为v，且以该速度方向为正方向，此过程中动量守恒，则有：mv0=2mv
根据能量守恒得：
解得：
【点睛】
解决本题的关键知道核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒，知道反应过程中根据动量守恒和能量守恒。
12．(1) (2) 8.1×10﹣13J
【解析】
【分析】
（1）要写出核反应方程，必须知道生成物是什么，所以可以根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式． （2）要计算生成物的总动能，就必须知道核反应释放的核能，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2即可求出核反应释放的能量．
【详解】
（1）根据题意设生成的新核，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A，解得A=4；根据核反应过程中核电荷数守恒可得：2+1=1+Z；解得Z=2，故新核为
所以核反应方程式为：
（2）核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2 可得释放的能量△E=9.0×10-30×（3×108）2=8.1×10-13J 由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为8.1×10-13J．
13．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
14．BCD AB
【解析】
【详解】
设的质量数为，电荷数为；
A、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示质子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
B、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
C、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于轻核聚变；
D、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于重核裂变；
X表示中子的是选项BCD，属于原子核的人工转变的是选项AB。