2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 同步练习（含解析）

4.3核聚变
1．我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是已知、、和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X是质子
B．大亚湾核电站利用核聚变发电
C．该核反应所释放的核能为
D．和的结合能之和大于的结合能
2．太阳能源于其内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为4.0×1026J。下列说法正确的是（　　）
A．该聚变反应在常温下也容易发生
B．太阳每秒钟减少的质量约4.4×109kg
C．该聚变的核反应方程是
D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核
3．我国自主研发大科学工程“人造太阳”在国际上率先通过权威机构认证，如图所示，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。则下列说法正确的是（　　）
A．“人造太阳”的反应方程是
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
4．贝克勒尔首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是（　　）
A． B．
C． D．
5．以下核反应中，属于核聚变的是
A． B．
C． D．
6．如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象.下列说法中正确的是( )
A．若D?E能结合成F,结合过程一定要释放能量
B．若D?E能结合成F,结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B?C,分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B?C,分裂过程一定要吸收能量
7．太阳大约在几十亿年后，会逐渐进入红巨星时期，核心温度逐渐升高，当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始转变为碳，即氦闪。三个 生成一个(称为3α反应)，核反应方程为3→，瞬间释放大量的核能。如果太阳发生氦闪，对太阳系内的生命都是毁灭性的，电影《流浪地球》讲述的就是发生在这样的背景之下的故事。下列说法正确的是(已知的质量是mc=12.000 0 u，He的质量是mHe=4.002 6 u，1u的质量对应的能量是931.5MeV )( )
A．氦闪发生的是核裂变反应
B．一次3α反应释放的核能为7.265 7MeV
C．一次3α反应亏损的质量为△m=0.007 8u
D．的比结合能比的比结合能大，更稳定
8．对核反应方程，下列说法中正确的是( )
A．和是两种不同元素的原子核
B．x是中子
C．这个反应过程中质量数守恒，但质量一定有亏损
D．这个反应既是核聚变反应，又是核裂变反应
9．“两弹一星”精神彰显了中华民族自强不息的伟大精神。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（　　）
A． B．
C． D．
10．1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民在会堂隆重表彰研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家，下列核反应方程中属于“两弹一星”的核反应方程式的和反应种类是（　　）
A．，裂变
B．，裂变
C．，衰变
D．，聚变
11．在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是_______，属于β衰变的是_______，属于裂变的是_______，属于聚变的是_______．（填正确答案标号）A． B．
C．
D．
E．
F．
12．取质子的质量mp=1.6726×10-27kg，中子的质量mn=1.6749×10-27kg，粒子的质量=6.6467×10-27kg，光速c=3×108m/s，则粒子的结合能是_________。（计算结果保留两位有效数字）
13．太阳内部的聚变反应是一个系列反应，最终可以简化为4个质子转化成1个氦核和2个正电子并放出能量。已知质子的质量mp=1.0073u，α粒子的质量mα=4.0015u，电子的质量me=0.0005u。
（1）写出该热核反应方程；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少Mev的能量？（结果保留四位有效数字）
14．两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：。（已知H的质量m0=2.0136u，H的质量m1=3.0156u， H的质量m2=1.0073u，1u相当于931.5MeV的能量。结果均保留2位有效数字。）
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少？
(2)若放出的能量（包括最初的动能和核反应放出的能量，以后见此题目都这样理解）全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是多少？
参考答案
1．C
【解析】
A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；
B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；
C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为
C正确；
D．比结合能大的原子核更稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个核时，释放能量，则更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则和的比结合能之和小于的比结合能，D错误。
故选C。
2．B
【解析】
A．该聚变反应需要在高温高压条件下发生，所以常温下不容易发生，所以A错误；
B．根据爱因斯坦的质能方程，可得太阳每秒钟减少的质量为
所以B正确；
C．根据核反应过程中的质量数守恒可得，该聚变的核反应方程为
生成物中是正电子，不是电子，所以C错误；
D．目前核电站采用的核燃料是铀核，利用铀核的裂变反应过程中释放的核能，所以D错误。
故选B。
3．D
【解析】
A．“人造太阳”的反应是热核聚变，而不是核裂变，故A错误；
B．只有两个轻原子核才可以发生聚变，故B错误；
C．两个轻核结合成质量较大的核，会释放核能，所以总质量较聚变前减小，故C错误；
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加，故D正确。
故选D。
4．A
【解析】
放射性衰变是指不稳定原子核自发地放射出射线而转变为另一种原子核的过程，放出的射线包括、和射线，衰变生成的是电子，衰变生成的是粒子，裂变是重核裂变成轻核，聚变是轻核生成重核，据此分析即可。
本题难度不大，要知道衰变的生成物还有几个典型的核反应方程，属于基础题。
【详解】
A．该反应的过程中释放出电子，属于衰变，选项A正确；
B．该反应的过程中一个质量大的核分裂为两个中等质量的核，属于重核裂变，选项B错误；
C．该反应属于轻核聚变，选项C错误；
D．该反应是发现中子的反应，不是放射性衰变，选项D错误。
故选A。
5．B
【解析】
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．
6．AC
【解析】
核反应过程中,核子数守恒,反应后比反应前核子平均质量减小,则反应过程一定要放出能量,反之,反应后核子平均质量增大,则反应过程中一定要吸收能量,由图象易知A?C正确.实际上在这里A项为轻核的聚变反应,C项为重核的裂变反应.
7．BCD
【解析】
A．核聚变，即轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦）时放出巨大能量，故A错误。
BC．由核反应方程
3→
可知亏损的质量
释放的能量为
故BC正确。
D．通过核聚变生成释放巨大能量，说明比结合能更大，故D正确。
故选BCD。
8．BC
【解析】
A、、是氢元素的同位素的原子核，故A错误；
B、根据质量数守恒和电荷数守恒可以知道，x是中子，故选项B正确；
C、这个反应过程中质量数守恒，但质量一定有亏损，是聚变反应，放出能量，故选项C正确，D错误．
9．CD
【解析】
A．是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程式，故A错误；
B． 是是α衰变，故B错误；
C．是是氢弹爆炸聚变反应方程式，故C正确；
D．是原子弹爆炸裂变反应方程式，故D正确；
故选CD。
10．BD
【解析】
考察原子弹氢弹的核反应方程和反应种类。
【详解】
AB．原子弹的核反应属于重核裂变，A错误，B正确；
CD．氢弹的核反应属于轻核聚变，C错误，D正确。
11．C AB E F
【解析】
[1]．在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是，答案标号是C；
[2]．属于衰变的是 和 ，答案标号是AB；
[3]．属于裂变的是，答案标号是E；
[4]．属于聚变的是，答案标号是F．
12．4.3×10-12J
【解析】
组成粒子的核子与粒子的质量差为
所以结合能为
代入数据解得
即粒子的结合能为。
13．（1）；（2）24.87eV
【解析】
（1）根据题意，可知该反应方程为
（2）根据质量亏损，则有
△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u=0.0267?u
由质能方程
△E=△mc2
解得△E=24.87MeV
14．(1)4.0 MeV；(2)1.5 MeV。
【解析】
(1)此核反应中的质量亏损
根据
可得放出的能量为
(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，故碰后氚核和质子的总动量也为零。设其动量分别为p1、p2，必有
p1=－p2
设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2，根据
可得
由题可知，新生氚核的动能为