四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.6核聚变 同步练习（含解析）

3.6核聚变
1．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
2．在下列描述的核过程的方程中，属于核聚变的是（　　）
A． B．
C． D．
3．以下说法正确的是（　　）
A．光电效应显示了光的粒子性
B．轻核聚变后核子的总质量大于聚变前核子的总质量
C．汤姆孙研究阴极射线，提出原子具有核式结构
D．α粒子散射实验证明了中子是原子核的组成部分
4．原子核的核反应类型通常分为四种，反应过程中都遵守质量数、电荷数守恒规律。以下核反应方程式，书写正确且属于人工转变的是
A． B．
C． D．
5．以下说法正确的是（　　）
A．核力是一种存在于原子核内的强相互吸引力，是短程力，与电荷无关
B．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．核反应方程属于裂变反应，需要满足超高温条件
D．钍经、衰变生成氡，其中经过了3次衰变和2次衰变
6．2019年8月我国已经建成了新托卡马克（EAST）装置一中国环流器二号M装置（HL—2M），为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核实验反应前氘核（）的质量为，氚核（）的质量为，反应后氦核（）的质量为，中子（）的质量为。关于聚变的说法正确的是（　　）
A．核裂变比核聚变更为安全、清洁
B．由核反应过程质量守恒可知。
C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减少
D．HL—2M中发生的核反应方程式是
7．下列核反应方程中，属于重核裂变的是（　　）
A． B．
C． D．
8．设质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2和m3，那么，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（ ）
A．m2c2 B．(m1+m2)c2
C．(m3-m2-m1)c2 D．(m1+m2-m3)c2
9．发现在月球上含有丰富的（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。关于和聚变下列表述正确的是（　　）
A．的原子核内有一个中子两个质子
B．聚变反应不会释放能量
C．聚变反应一定有质量亏损
D．目前核电站都采用聚变反应发电
10．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
11．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H→He＋2X，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m1、m2、m3，真空中的光速为c．方程中的X为______（用符号表示）；这个核反应中质量亏损Δm＝_________ ；这个核反应中释放的核能ΔE＝_________．
12．原子核释放能量的方式有_____、_____和_____．
13．太阳不断地向外辐射能量，太阳内部存在大量氢，在超高温作用下，氢原子被电离，互相碰撞能使4个氢核聚变成一个氦核，同时放出大量能量.已知质子质量，粒子质量，正电子质量.
（1）写出这个核反应方程式，
（2）核反应中释放的能量为多少兆电子伏?
（3）已知太阳每秒释放的能量为，则太阳每秒减少的质量为多少千克?
14．假设每个铀发生核裂变时平均释放，则铀在裂变中所释放的能量是多少？三峡电站年均发电量，如果要建一座年发电量与三峡电站相同的核电站，则它每年要消耗多少铀？
参考答案
1．D
【解析】
A、由质量数守恒和电荷数守恒知，，方程(1)中，方程(2)中，故选项A错误；
B、氢弹爆炸能量来自于核聚变，是氘核和氚核进行的核聚变反应，方程(1)属于重核裂变，故选项B错误；
CD、方程(2) 是氘核和氚核进行的核聚变反应，属于轻核聚变，故选项D正确，C错误。
2．C
【解析】
A．该反应为β衰变，选项A错误；
B．该反应为α衰变，选项B错误；
C．该反应是轻核聚变，选项C正确；
D．该反应是重核裂变，选项D错误。
故选C。
3．A
【解析】
A．光电效应显示了光的粒子性，选项A正确；
B．轻核聚变放出核能，有质量亏损，则轻核聚变后核子的总质量小于聚变前核子的总质量，选项B错误；
CD．卢瑟福通过研究α粒子散射实验，提出原子具有核式结构，但是并没有证明中子是原子核的组成部分，选项CD错误；
故选A。
4．C
【解析】
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，这就是原子核的人工转变。
【详解】
A．原子核自发的放出粒子称为衰变，此式属于衰变，选项A错误；
B．一个重原子的原子核分裂为两个或更多较轻原子核并在分裂时两到三个中子释放巨大能量的过程，此反应属于裂变反应，选项B错误；
C．用He核轰击Be核属于人工转变，选项C正确；
D．此反应属于氢核聚变，选项D错误。
故选C。
5．D
【解析】
A．核力是一种存在于原子核内的强相互作用，是短程力，在大于时表现为吸引力，在小于时表现为排斥力，核力与电荷无关，故A错误；
B．比（平均）结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．该重核裂变条件一是高纯度铀，二是体积大于临界体积，不需要满足超高温条件，故C错误；
D．钍衰变成氡，质量数减少12，电荷数减少4，因为经过1次衰变，电荷数减少2，质量数减少4，经过1次衰变，电荷数增加1，质量数不变，可知经过3次衰变、2次衰变，故D正确。
故选D。
6．D
【解析】
A．轻核聚变比核裂变更为安全、清洁，选项A错误；
B．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
选项B错误；
C. 两个轻核结合成质量较大的核，根据质量亏损与质能方程，则有聚变后比结合能将增大，选项C错误；
D．根据质量数和核电荷数守恒知 HL—2M中发生的核反应方程式是
选项D正确。
故选D。
7．C
【解析】
A.是发现质子的反应，属于人工核转变，故A错误；
B.属于衰变，故B错误；
C.重核裂变，故C正确；
D.是轻核聚变，故D错误。
故选C。
8．D
【解析】
核反应方程为，根据爱因斯坦质能方程可得
故选D。
点评：在计算核反应时，需要先写出反应方程，然后根据爱因斯坦质能方程求解
9．AC
【解析】
根据核子数与核电核数确定质子数和中子数，由于轻核聚变，放出能量，根据质能方程，推出质量变化。
【详解】
A．带2个单位正电荷，质量数为3，因此原子核内有一个中子两个质子，A正确；
BC．轻核聚变反应放出大量核能，根据爱因斯坦质能方程
因此，一定会出现质量亏损，B错误，C正确；
D．目前核电站都采用重核的裂变反应而不是轻核的聚变，D错误。
故选AC
10．AD
【解析】
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。
11．正电子 4 m1-m2-2m3 (4 m1-m2-2m3)c2
【解析】
(1)由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知方程中的X表示正电子；
(2)核反应释放核能，则反应物的质量减去生成物的质量为质量亏损，则这个核反应中质量亏损Δm＝4m1-m2-2m3；
(3)由爱因斯坦的质量方程，可得这个核反应中释放的核能ΔE＝(4 m1-m2-2m3)c2.
【点睛】
质能方程是原子物理中的重点内容之一，该知识点中，关键的地方是要知道反应过程中的质量亏损等于反应前的质量与反应后的质量的差．
12．裂变 聚变 衰变
【解析】
1938年，物理学家用中子轰击铀，使铀这种重原子核分裂成两块中等质量的原子核，同时放出大量的能量，这种原子核反应叫做重核裂变，核裂变是目前利用核能的主要形式．后来，物理学家又发现了轻核在一定条件下能聚合成质量较大的核，同时也能放出大量的能量，这种反应称为轻核聚变．两种核反应都可产生很大的能量；类似的人工核转变，还有衰变;
[1].[2].[3] .原子核释放能量的方式有裂变、聚变和衰变．
13．（1） （2）25.6MeV （3）kg
【解析】
(1)核反应方程为：
(2)核反应前后质量亏损为
1u相当于931.5MeV的能量，故核反应释放的能量为
，
(3)由得每秒太阳质量减少
14．；
【解析】
1kg铀235中含有的铀原子核个数为：
个
则1kg铀释放的能量为：
每年要消耗铀的质量为：