高中物理人教版选修3-5 同步测试题 第十九章 第7节、第8节核聚变 Word版含解析

1．(核聚变)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．用γ光子照射
D．把参与反应的物质加热到几百万摄氏度以上的高温
答案　D
解析　用中子轰击是核裂变反应发生的条件，故A项错误。根据轻核聚变发生的条件可知，发生轻核聚变的方法是把参与反应的物质加热到几百万摄氏度以上的高温，故B、C两项错误，D项正确。
2．(核聚变)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式为He＋He→2H＋He。下列关于He聚变的表述正确的是(　　)
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．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
答案　B
解析　聚变反应是轻核变为较大质量核的反应，发生质量亏损，释放能量；目前核电站采用重核裂变反应，D错误；选项B正确，A、C错误。
3．(受控热核反应)我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”。设可控热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。光速为c。下列说法中不正确的是(　　)
A．这种装置中发生的核反应方程式是
H＋H→He＋n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
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不相同
答案　B
解析　可控热核反应实验装置属于轻核聚变，所以D正确。核反应方程为H＋H→He＋n，A正确。在这个过程中满足爱因斯坦质能方程，即核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2，所以C正确。核反应过程中，有质量亏损，释放能量质量不守恒，B错误，所以不正确的选项为B。
4．(热核反应)(多选)热核反应是一种理想能源的原因是(　　)
A．平均每个核子，比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的原料在地球上储量丰富
D．热核反应的速度容易控制
答案　ABC
解析　热核反应速度不易控制，D错误。
5．(粒子)关于粒子，下列说法正确的是(　　)
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．强子都是带电的粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
答案　D
解析　由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，A错误；不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，C错误；不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，D正确。
6．(粒子)加拿大萨德伯里中微子观测站揭示了失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是(　　)
①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反
②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致
③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致
④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反
A．①③ B．②③ C．③④ D．①②
答案　B
解析　中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。
7．(粒子)现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是(　　)
A.He B.He C.He D.He
答案　C
解析　反物质是质量相同，而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，α粒子的符号为He，因而反α粒子的质量数为4，而电荷数为－2，符号为He，A、B、D错误，C正确。
8．(综合)(多选)下列方程及其表述都正确的是(　　)
A.He＋H→He＋H是聚变反应
B.U＋n→Ba＋Kr＋3n是裂变反应
C.H＋H→He＋n是聚变反应
D.Na→Mg＋e是裂变反应
答案　ABC
解析　选项A、B、C说法均正确；选项D为衰变方程，D错误。
9．(综合)下列方程中属于衰变的是(　　)，属于人工核反应的是(　　)，生成原来元素的同位素的是(　　)，放出β粒子的是(　　)
A.I＋n→I
B.U→Th＋He
C.Pb→Bi＋e
D.Be＋He→6C＋n
答案　BC　AD　A　C
解析　首先从方程左端去判断哪种是衰变，哪种是人工转变，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故B、C为衰变，A、D为人工转变；而同位素产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以A生成原来元素的同位素；判断β衰变，只需要看清方程右端产生的电子即可，应选C。
B组：等级性水平训练
10．(太阳内部的核反应)太阳能的产生是由于太阳内部所发生的一系列核反应形成的，其主要的核反应过程可表示为(　　)
A．4H→He＋2e
B.7N＋He→8O＋H
C.92U＋n→Ba＋Kr＋3n
D.92U→Th＋He
答案　A
解析　太阳内部发生的核反应是轻核聚变，是轻核反应生成较大核的过程，A正确；B是人工核反应的方程，C是裂变反应方程，D是衰变反应方程，B、C、D错误。
11．(综合)一个X核与一个氚核结合成一个氦核时放出一个粒子Y，由于质量亏损放出的能量为ΔE，核反应方程是X＋H→He＋Y；Y可以通过释放一个电子而转化为质子。下列说法中不正确的是(　　)
A．Y是中子
B.U可以俘获Y发生裂变反应
C．X＋H→He＋Y是原子核的人工转变方程
D．核反应X＋H→He＋Y中亏损的质量为
答案　C
解析　由题意，由于Y可以释放一个电子而转化为质子，即可判断出Y是一个中子，质量数是1，电荷数是0，故A正确；由于Y是核反应的过程中释放出的中子，所以U可以俘获Y发生裂变反应，故B正确；X的质量数：m＝4＋1－3＝2；电荷数：n＝2＋0－1＝1；所以X核是氘核；所以X＋H→He＋Y是轻核的聚变，故C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，核反应X＋H→He＋Y中亏损的质量等于，故D正确。不正确的选项为C。
12．(综合)(多选)有下列反应：
①He＋Al→P＋n
②H＋H→He＋γ
③9F＋H→8O＋He
④U＋n→Sr＋Xe＋10n＋γ
关于上面四个核反应方程，下列说法正确的是(　　)
A．①是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
答案　ABD
解析　根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式，A正确；②是聚变的核反应方程式，B正确；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，C错误；④是裂变的核反应方程式，D正确。
13．(综合)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。
(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即：中微子＋H→n＋e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。(填正确答案标号)
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即e＋　0－1e→2γ。已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________ J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________。
(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。
答案　(1)A　(2)8.2×10－14　动量不守恒
(3)λe>λn
解析　(1)发生核反应前后，质量数和电荷数守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A项正确。
(2)产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，静质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为≈8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。
(3)物质波的波长为λ＝，因为动能相同，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来，即p＝，因为mn＞me，所以pn＞pe，故λe＞λn。
14．(综合)2个质子和1个中子结合可以生成氦3，核反应方程为：2H＋n→He。已知每个质子的质量为1.007277 u，中子的质量为1.008665 u，氦核的质量为3.002315 u，试求氦3的结合能(1 u相当于931.5 MeV，e＝1.6×10－19 C)。
答案　19.4721 MeV(或3.1155×10－12 J)
解析　粒子结合前后的质量亏损为
Δm＝2mH＋mn－mHe＝0.020904 u
由于1 u相当于931.5 MeV，则结合能为
E＝0.020904×931.5 MeV≈19.4721 MeV≈3.1155×10－12 J。
15．(综合)已知氘核质量为2.0136 u，中子质量为1.0087 u，He核的质量为3.0150 u。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1 u时，释放的能量为931.5 MeV。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3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少 MeV?
答案　(1)H＋H→He＋n
(2)3.26 MeV　(3)0.45 MeV
解析　(1)核反应方程为：H＋H→He＋n。
(2)质量亏损为：
Δm＝2.0136×2 u－(3.0150 u＋1.0087 u)＝0.0035 u，释放的核能为：
ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(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，由E＝得＝＝3，E2＝＝1.04 MeV，
由能量的转化和守恒定律，得
E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV。
即反应前每个氘核的动能是0.45 MeV。