康南民族高级中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.6核聚变 质量检测（含解析）

3.6核聚变
1．常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核反应释放出的核能。在太阳内部发生的典型核反应方程是4→+2X，这个核反应释放出的能量为△E，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于裂变反应
B．方程中的X为电子（）
C．该核反应前后质量数守恒，因而反应前后总质量保持不变
D．该核反应过程产生的质量亏损为△m=
2．下列关于原子核的叙述中正确的是（　　）
A．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子
B．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度，防止反应过于剧烈
C．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量
D．原子核的质量越大，比结合能就越小
3．下列说法正确的是（　　）
A．射线是高速运动的电子流
B．氢原子可通过吸收光子实现从低能级向高能级跃迁
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳内部发生的重核裂变
D．的半衰期是3.8天，1克经过7.6天后全部发生衰变
4．2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托卡马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要两个核反应方程为：①；②，则下列表述正确的是（　　）
A．X是质子
B．Y是氚核
C．①是人类历史上第一次核反应人工转变方程
D．②属于核裂变反应方程
5．下列说法正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度太小
C．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增加
6．大量研究发现，太阳的巨大辐射能量来自于轻核聚变，事实上在宇宙中的许多恒星内部时刻在激烈地进行着聚变反应。目前在实验室中能观察到的一种典型的核聚变反应是，对这个反应的认识，下列说法正确的是（　　）
A．这个反应必须在高温下才能进行，是一种化学反应
B．一个和一个的质量和一定小于一个和一个的质量和
C．反应中释放17.6MeV的能量是以内能形式出现的
D．的比结合能要大于的比结合能
7．2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①②，则下列表述正确的是
A．X是质子 B．Y是氚核
C．X与Y是同位素 D．①②两个核反应都属于裂变反应
8．据新华网2019年6月24日报道，中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆孙散射仪，为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实的基础。下列说法正确的是（　　）
A．激光被散射后频率不变 B．激光被散射后频率增大
C．核聚变反应在常温下就可以发生 D．核聚变反应能够释放能量
9．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是
A．
B．
C．
D．
10．太阳内部持续不断地发生着热核反应，质量减少.核反应方程是，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、、，真空中的光速为，下列说法正确的是（ ）
A．方程中的X表示中子
B．方程中的X表示正电子
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
11．太阳能量来源与太阳内部氢核的聚变。1个()和1个()结合成1个氦核()该核反应的方程式为：_______，已知()的质量为m1，的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，真空中光速为c。该反应释放的核能为_____。
12．不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能_________（填“越大”或“越小”）的原子核越稳定，氘核和氚核聚变的核反应方程为，已知的比结合能是2.78MeV，的比结合能是1.09MeV，的比结合能是7.03MeV，则该核反应所_________（填“释放”或“吸收”）的能量为_________MeV。
13．两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：试求：
（1）此核反应中放出的能量为多少？
（2）若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核具有的动能是多少？()的质量为2.0136u，的质量为3.0156u。的质量为1.0073u。1u=931.5MeV）
14．两个氘核（）以相等的动能0.35MeV相向运动发生正碰并生成核，且释放的核能全部转化为动能。已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，的质量为 3.0150u。（1u相当于931MeV）
(1)写出核反应的方程；
(2)计算核反应中放出的能量；
(3)求生成的动能是多少？
参考答案
1．D
【解析】
A．该核反应属于聚变反应，选项A错误；
B．根据质量数和电荷数守恒可知，方程中的X为正电子（），选项B错误；
C．该核反应前后质量数守恒，但是由于反应放出能量，则反应前后有质量亏损，选项C错误；
D．根据可知，该核反应过程产生的质量亏损为△m=，选项D正确；
故选D。
2．C
【解析】
A．查德威克在α粒子轰击铍核实验中发现了中子，故A错误；
B．核反应堆中的“慢化剂”是减慢中子速度，故B错误；
C．轻核聚变过程中，会有质量亏损，由爱因斯坦质能方程可知，要释放能量，故C正确；
D．比结合能为结合能与核子数的比值，则原子核的质量越大，比结合能不一定越小，故D错误。
故选C。
3．B
【解析】
A．射线是电磁场波，射线是高速运动的电子流，A错误；
B．氢原子可通过吸收光子实现从低能级向高能级跃迁，B正确；
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳内部发生的轻核聚变，C正确；
D．的半衰期是3.8天，1克经过7.6天后还有0.25克没有发生衰变，D错误。
故选B。
4．B
【解析】
AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X是中子，Y是氚核，选项A错误，B正确；
CD．①不是人类历史上第一次核反应人工转变方程，两个核反应方程均属于轻核聚变方程，选项CD错误。
故选B。
5．D
【解析】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A错误；
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太小，选项B错误；
C．汤姆孙发现电子，表明原子可以再分，卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构，选项C错误；
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能级要升高，即原子总能量增加，选项D正确。
故选D。
6．D
【解析】
A．这个反应必须在高温下才能进行，它是一种核反应，不是化学反应，故A错误；
B．这是一个放能反应，存在质量亏损，故一个和一个的质量和一定大于一个和一个的质量和，故B错误；
C．反应中释放17.6MeV的能量是以核能的形式出现的，故C错误；
D．核聚变反应是放能反应，生成物比反应物稳定，故的比结合能要大于的比结合能，故D正确。
故选D。
7．B
【解析】
根据质量数守恒、电荷数守恒判断X和和Y的种类，这两个方程都是聚变．
【详解】
A．根据质量数守恒、电荷数守恒可知X是中子，故A错误；
B．对第二个方程，根据质量数守恒、电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；
C．X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；
D．①②两个核反应都属于聚变反应，故D错误．
8．D
【解析】
AB．由于光具有粒子性，因此当激光被散射后，光子能量减小，频率降低，AB错误；
C．核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，C错误；
D．核聚变反应放出大量能量，D正确。
故选D。
9．A
【解析】
A.是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；
B.是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；
C.是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷30），属于人工核反应，故C错误；
D.是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．
故选A。
10．BD
【解析】
AB．根据核电荷数守恒可知，X的核电荷数，
质量数为
则X是，故A错误，B正确；
C．核反应过程中的质量亏损
故C错误；
D．这个核反应中释放的核能
故D正确。
故选BD。
11．
【解析】
[1]由题意可得，核反应的方程式为
[2]根据爱因斯坦质能方程，该反应释放的核能为
12．越大 释放 17. 6
【解析】
[1]比结合能用于表示原子核结合松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定。
[2]聚变反应前和的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
故，核反应向平均结合能增大的方向进行时，要释放能量
[3]反应释放的核能为
13．（1）4.005MeV；（2）4.5MeV
【解析】
（1）此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为

（2）因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零，因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零，设其动量分别为和必有
设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2，则
故新生的氢核的动能为
14．(1) 见解析所示；(2)3.26MeV；(3)0.99Mev
【解析】
(1)由质量数守恒和核电荷数守恒，写出核反应方程为
(2)反应过程中质量减少了
反应过程中释放的核能
(3)设和的动量分别为和，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和的质量关系可得中子的动能是的动能的3倍，即有
由能量守恒定律得
由以上可以算出生成的动能为