四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.6核聚变 跟踪训练（含解析）
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| 名称 | 四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.6核聚变 跟踪训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 257.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:00:08 | ||
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3.6核聚变
1．核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是（ ）
A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电
2．原子弹和氢弹所涉及的基本核反应方程有：①，②.关于这两个方程，下列说法正确的是（ ）
A．方程①属于重核裂变
B．方程②属于衰变
C．方程①的核反应是太阳能的源泉
D．方程②中的与互为同位素
3．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法中正确的是（ ）
A．这个反应的核反应方程是
B．这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
C．辐射出的光子的能量
D．辐射出的光子的波长
4．下列说法正确的是（ ）
A．射线的穿透能力比射线强
B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构
C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小
D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关
5．已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时（ ）
A．释放出4.9 MeV的能量 B．吸收4.9 MeV的能量
C．吸收24.0 MeV的能量 D．释放出24.0 MeV的能量
6．对下列核反应的类型，说法正确的一项是( )
A．①②③属于衰变
B．③⑤属于裂变
C．④⑥属于聚变
D．④⑤⑥属于人工核转变
7．下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（ ）
① ②
③ ④
A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B．核反应方程②是重核裂变，M是中子
C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是电子
D．核反应方程④人工核转变方程，Y是中子
8．中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设顺利，按计划将在今年投入运行实验。聚变与裂变相比有很多优点，下列说法不正确的是（ ）
A．地球上聚变燃料的储量丰富，足以满足聚变的需要
B．轻核聚变更为安全、清洁
C．相同质量的核燃料，轻核聚变反应中产生的能量更多
D．环流器是利用聚变物质的惯性进行约束，即用激光从各个方向照射反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应
9．下列核反应中，属于原子核的聚变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
10．关于原子、原子核的相关知识，下列说法正确的是（ ）
A．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大
B．当氢原子从n=3的能级跃迁到n=5的能级时，辐射出光子
C．核反应方程中的X是中子
D．轻核聚变的过程质量增大，重核裂变的过程质量亏损
11．太阳是一颗能自己发光发热的气体星球。太阳辐射能量的来源来自于_____________________
12．恒星的颜色显示了它的温度,温度较低的恒星呈现__________,在天空中呈现表面温度达到5500℃的太阳发出。更热的恒星则会呈现____________。
13．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核（）聚变生成1个氦核（）和2个正电子。请你写出此核反应方程；
(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P，光电池的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比？
(3)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了。有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据：太阳的质量约为M0=2×1030kg，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，1年3×107秒。
14．1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为，正对太阳能产生的电压，并对车上的电动机提供的电流，电动机的直流电阻为，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为.
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氨核（）写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率是多少？
(3)若质子、氨核、正电子的静止质量分别为，，，则的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？
(4)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？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？（太阳的质量为，结果保留一位有效数字）
参考答案
1．C
【解析】
A．轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，选项A错误；
B．经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能变大，选项B错误；
C．经轻核聚变过程后，由于放出核能，原子核的比结合能增大，选项C正确；
D．目前我国核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，选项D错误。
故选C。
2．A
【解析】
A．方程①是质量较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，故A正确；
B．方程②是质量较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故B错误；
C．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变，故C错误；
D．同位素的质子数相同，故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
A．核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故A正确；
B．该反应为聚变反应，故B错误；
C．聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为
故C错误；
D．根据
得光子的波长为
故D错误。
故选A。
4．D
【解析】
A．射线可以被一张A4纸挡住，而射线可以穿透几厘米厚的铅板，所以射线的穿透能力比射线的穿透能力强，故A错误；
B．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故B错误；
C．聚变前要先使原有的原子结构破坏，发生类似裂变，然后重新组合成新的原子发生聚变，有质量亏损会对外再次释放能量，因此核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的大，故C错误；
D．半衰期是放射性元素固有的属性，和元素存在的形式无关，故D正确。
故选D．
5．D
【解析】
ABCD．两个氘核结合成一个氦核的核反应方程，的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
所以反应释放的核能
故ABC错误，D正确。
故选D。
6．A
【解析】
①是β衰变方程；②是β衰变方程；③是α衰变方程；④是原子核的人工转变方程；⑤是重核裂变方程；⑥是轻核聚变方程；故选项A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【解析】
考察核反应方程，需要正确计算质量数和电荷数。
【详解】
A．①式代表衰变而不是重核裂变，选项A错误；
B．典型的重核裂变，由质量数和电荷守恒得出字母M是中子，选项B正确；
C．太阳内部发生的核聚变方程中，字母K应该代表中子，选项C错误；
D．由质量数和电荷守恒可知字母Y代表质子，选项D错误。
故选B。
8．D
【解析】
A．地球上聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核，选项A正确；
B．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁，选项B正确；
C．对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能多，选项C正确；
D．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置，是利用磁场来约束参与反应的物质，选项D错误。
本题选不正确的，故选D。
9．A
【解析】
A．该反应属于轻核聚变，选项A正确；
B．该反应是α衰变方程，选项B错误；
C．该反应是重核裂变方程，选项C错误；
D．该反应为原子核的人工转变方程，选项D错误。
故选A。
10．C
【解析】
A．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与光强无关，选项A错误；
B．当氢原子从n=3的能级跃迁到n=5的能级时，要吸收出光子，选项B错误；
C．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，核反应方程中的X质量数为1，电荷数为0，是中子，选项C正确；
D．轻核聚变的过程和重核裂变的过程都要释放能量，有质量亏损，选项D错误。
故选C。
11．核聚变反应
【解析】
[1]太阳是一颗能自己发光发热的气体星球。太阳辐射能量的来源来自于核聚变反应。
12．暗红色 白光比太阳稍蓝的颜色
【解析】
[1][2]恒星的颜色显示了它的温度,温度较低的恒星呈现暗红色，在天空中呈现表面温度达到5500℃的太阳发出。更热的恒星则会呈现白光比太阳稍蓝的颜色。
13．(1)；(2)；(3)见解析
【解析】
(1)由质量数和电荷数守恒得
(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能是
距太阳中心的r的球面积为，t0时间内照射到电池板上的太阳能量为
联立解得
(3)50亿年太阳辐射的总能量为
根据可知，50亿年太阳损失的总质量为
损失的总质量与太阳质量之比
所以这种说法合理
14．(1)；(2)；(3)；(4)年
【解析】
(1)根据质量数与质子数守恒，其核反应方程为：
(2)太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为，则面积为的功率为：
而太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，则获得的功率为：
因此车的太阳能电池转化太阳光能的效率为：
(3)由核反应方程可知：
而根据能量守恒，则有：
代入数据，解得：
(4)太阳每秒释放的能量为，则太阳每秒减小的质量为：
代入数据解得：
太阳的质量为，因此太阳还能存在的时间为：
年
1．核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是（ ）
A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电
2．原子弹和氢弹所涉及的基本核反应方程有：①，②.关于这两个方程，下列说法正确的是（ ）
A．方程①属于重核裂变
B．方程②属于衰变
C．方程①的核反应是太阳能的源泉
D．方程②中的与互为同位素
3．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法中正确的是（ ）
A．这个反应的核反应方程是
B．这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
C．辐射出的光子的能量
D．辐射出的光子的波长
4．下列说法正确的是（ ）
A．射线的穿透能力比射线强
B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构
C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小
D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关
5．已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时（ ）
A．释放出4.9 MeV的能量 B．吸收4.9 MeV的能量
C．吸收24.0 MeV的能量 D．释放出24.0 MeV的能量
6．对下列核反应的类型，说法正确的一项是( )
A．①②③属于衰变
B．③⑤属于裂变
C．④⑥属于聚变
D．④⑤⑥属于人工核转变
7．下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（ ）
① ②
③ ④
A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B．核反应方程②是重核裂变，M是中子
C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是电子
D．核反应方程④人工核转变方程，Y是中子
8．中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设顺利，按计划将在今年投入运行实验。聚变与裂变相比有很多优点，下列说法不正确的是（ ）
A．地球上聚变燃料的储量丰富，足以满足聚变的需要
B．轻核聚变更为安全、清洁
C．相同质量的核燃料，轻核聚变反应中产生的能量更多
D．环流器是利用聚变物质的惯性进行约束，即用激光从各个方向照射反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应
9．下列核反应中，属于原子核的聚变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
10．关于原子、原子核的相关知识，下列说法正确的是（ ）
A．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大
B．当氢原子从n=3的能级跃迁到n=5的能级时，辐射出光子
C．核反应方程中的X是中子
D．轻核聚变的过程质量增大，重核裂变的过程质量亏损
11．太阳是一颗能自己发光发热的气体星球。太阳辐射能量的来源来自于_____________________
12．恒星的颜色显示了它的温度,温度较低的恒星呈现__________,在天空中呈现表面温度达到5500℃的太阳发出。更热的恒星则会呈现____________。
13．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核（）聚变生成1个氦核（）和2个正电子。请你写出此核反应方程；
(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P，光电池的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比？
(3)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了。有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据：太阳的质量约为M0=2×1030kg，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，1年3×107秒。
14．1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为，正对太阳能产生的电压，并对车上的电动机提供的电流，电动机的直流电阻为，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为.
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氨核（）写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率是多少？
(3)若质子、氨核、正电子的静止质量分别为，，，则的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？
(4)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？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？（太阳的质量为，结果保留一位有效数字）
参考答案
1．C
【解析】
A．轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，选项A错误；
B．经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能变大，选项B错误；
C．经轻核聚变过程后，由于放出核能，原子核的比结合能增大，选项C正确；
D．目前我国核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，选项D错误。
故选C。
2．A
【解析】
A．方程①是质量较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，故A正确；
B．方程②是质量较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故B错误；
C．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变，故C错误；
D．同位素的质子数相同，故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
A．核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故A正确；
B．该反应为聚变反应，故B错误；
C．聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为
故C错误；
D．根据
得光子的波长为
故D错误。
故选A。
4．D
【解析】
A．射线可以被一张A4纸挡住，而射线可以穿透几厘米厚的铅板，所以射线的穿透能力比射线的穿透能力强，故A错误；
B．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故B错误；
C．聚变前要先使原有的原子结构破坏，发生类似裂变，然后重新组合成新的原子发生聚变，有质量亏损会对外再次释放能量，因此核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的大，故C错误；
D．半衰期是放射性元素固有的属性，和元素存在的形式无关，故D正确。
故选D．
5．D
【解析】
ABCD．两个氘核结合成一个氦核的核反应方程，的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
所以反应释放的核能
故ABC错误，D正确。
故选D。
6．A
【解析】
①是β衰变方程；②是β衰变方程；③是α衰变方程；④是原子核的人工转变方程；⑤是重核裂变方程；⑥是轻核聚变方程；故选项A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【解析】
考察核反应方程，需要正确计算质量数和电荷数。
【详解】
A．①式代表衰变而不是重核裂变，选项A错误；
B．典型的重核裂变，由质量数和电荷守恒得出字母M是中子，选项B正确；
C．太阳内部发生的核聚变方程中，字母K应该代表中子，选项C错误；
D．由质量数和电荷守恒可知字母Y代表质子，选项D错误。
故选B。
8．D
【解析】
A．地球上聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核，选项A正确；
B．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁，选项B正确；
C．对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能多，选项C正确；
D．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置，是利用磁场来约束参与反应的物质，选项D错误。
本题选不正确的，故选D。
9．A
【解析】
A．该反应属于轻核聚变，选项A正确；
B．该反应是α衰变方程，选项B错误；
C．该反应是重核裂变方程，选项C错误；
D．该反应为原子核的人工转变方程，选项D错误。
故选A。
10．C
【解析】
A．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与光强无关，选项A错误；
B．当氢原子从n=3的能级跃迁到n=5的能级时，要吸收出光子，选项B错误；
C．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，核反应方程中的X质量数为1，电荷数为0，是中子，选项C正确；
D．轻核聚变的过程和重核裂变的过程都要释放能量，有质量亏损，选项D错误。
故选C。
11．核聚变反应
【解析】
[1]太阳是一颗能自己发光发热的气体星球。太阳辐射能量的来源来自于核聚变反应。
12．暗红色 白光比太阳稍蓝的颜色
【解析】
[1][2]恒星的颜色显示了它的温度,温度较低的恒星呈现暗红色，在天空中呈现表面温度达到5500℃的太阳发出。更热的恒星则会呈现白光比太阳稍蓝的颜色。
13．(1)；(2)；(3)见解析
【解析】
(1)由质量数和电荷数守恒得
(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能是
距太阳中心的r的球面积为，t0时间内照射到电池板上的太阳能量为
联立解得
(3)50亿年太阳辐射的总能量为
根据可知，50亿年太阳损失的总质量为
损失的总质量与太阳质量之比
所以这种说法合理
14．(1)；(2)；(3)；(4)年
【解析】
(1)根据质量数与质子数守恒，其核反应方程为：
(2)太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为，则面积为的功率为：
而太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，则获得的功率为：
因此车的太阳能电池转化太阳光能的效率为：
(3)由核反应方程可知：
而根据能量守恒，则有：
代入数据，解得：
(4)太阳每秒释放的能量为，则太阳每秒减小的质量为：
代入数据解得：
太阳的质量为，因此太阳还能存在的时间为：
年