山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 学业测评（含解析）

4.3核聚变
1．我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
2．我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是（　　）
A．
B．
C．
D．
3．下列核反应方程正确的是（　　）
A．轻核聚变反应方程中，x表示电子
B．铀核裂变的一种核反应方程
C．核反应方程为轻核聚变
D．放射性元素发生的α衰变方程为
4．东方超环是我国自主设计建造的全超导托卡马克核聚变实验装置，该装置的终极目标是实现可控核聚变。核聚变反应方程为：，其中X粒子是（　　）
A．中子 B．电子 C．正电子 D．质子
5．下列说法正确的是（　　）
A．是衰变方程 B．是衰变方程
C．是核聚变反应方程 D．是核裂变反应方程
6．关于核反应方程，以下说法中正确的是（　　）
A．X是，该核反应属于聚变
B．X是，该核反应属于裂变
C．X是，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料
D．X是，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料
7．一个氘核质量为m1，一个氚核质量为m2，它们结合成一个质量为m3的氦核。核反应方程如下：。在这一核反应过程中释放的能量为△E。已知光速为c。则以下判断正确的是（　　）
A．X是质子 B．X是正电子
C．X的质量为m1＋m2－m3 D．X的质量为 m1＋m2－m3－
8．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．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构
C．的半衰期是5天，12g经过15天后还有1.5g未衰变
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，电子的动能减小，原子总能量减小
9．太阳每年辐射到地球上的能量相当于燃烧1813亿吨标准煤所放出的能量，是全世界年需能量总和的5000倍，是地球上最大的能源．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：。若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　）
A．是中子
B．和是两种不同元素的原子核
C．和在常温下就能够发生聚变
D．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
10．下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是　　
A．卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是射线
C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
11．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
12．（1）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是核电站常用的核燃料.受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_______个中子.要使链式反应发生，裂变物质的体积要______（选填“大于”或“小于”）它的临界体积.
（2）取质子的质量，中子的质量，粒子的质量，光速. 请计算粒子的结合能.（计算结果保留两位有效数字）_______
13．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外，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3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV？
14．氘核与氚核的核反应为：，求：
(1)核反应式中的X是什么粒子？
(2)这一过程的质量亏损是多少（保留两位有效数字）；
(3)氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？氘核的摩尔质量，阿伏加德罗常数。
参考答案
1．C
【解析】
A．是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，故A项不合题意；
B．是裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，故B项不合题意；
C．是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C项符合题意；
D．是人工核反应，需要高能α粒子，故D项不合题意。
故选C。
2．C
【解析】
A．是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；
B．是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故B错误；
C．是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C正确；
D．是人工核反应，需要高能α粒子，在月球上不宜实现，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】
A．据质量数和电荷数守恒可得，轻核聚变反应方程为
即x表示中子，故A项错误；
B．铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中铀核裂变的一种核反应方程为
故B项错误；
C．核反应方程
为人工转变，故C项错误；
D．据质量数和电荷数守恒可得，放射性元素发生的α衰变方程为
故D项正确。
4．A
【解析】
根据电荷数守恒，有
1+1=2+x
解得X粒子电荷数
x=0
由质量数守恒，则
2+3=4+y
解得X粒子质量数
y=1
故粒子X为中子，故A正确，BCD错误。
故选A。
5．C
【解析】
A．该反应是在人为条件下发生的，是人工核反应，故A错误；
B．该反应时在人为条件下发生的，是人工核反应，故B错误；
C．是重要的轻核聚变反应方程，故C正确；
D．是自然存在的，有氦原子生成，是衰变方程，故D错误。
故选C。
6．A
【解析】
根据质量数和电荷数守恒有
解得
可知X是，该核反应属于聚变反应，且当前核电站采用的核燃料是铀235，故BCD错误，A正确。
故选A。
7．D
【解析】
AB．根据核反应方程中质量数和电荷数的守恒可知X粒子的质量数为1，电荷数为0，即质子数为0，因此X粒子为中子，故AB错误；
CD．根据
而
联立解得X的质量
故D正确，C错误。
故选D。
8．C
【解析】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A错误；
B．汤姆生发现了电子，但是卢瑟福提出了原子具有核式结构，故B错误；
C．经过15天是三个半衰期，剩余的质量为原来的
故C正确；
D．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，电子的动能减小，电势能增大，跃迁的过程需要吸收能量，所以原子总能量增大，故D错误。
故选C。
9．AD
【解析】
AB．是中子，和是同种元素H的同位素，故A正确，B错误；
C．和必须在高温下才能发生聚变，故C错误；
D．反应释放的核能为
ΔE＝c2
故D正确。
故选AD。
10．ABC
【解析】
A．卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，故A正确；
B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是射线，B正确；
CD．裂变和聚变都要有质量亏损，根据质能方程都放出能量，C正确，D错误。
故选ABC。
【点睛】
核反应过程中质量数和电荷数都守恒，在裂变和聚变时有质量亏损，要释放能量。
11．
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
12．3 大于
【解析】
(1)[1][2]由可知，会产生3个中子，要使裂变持续进行（链式反应），物质的体积需要大于它的临界体积.
(2)[3]组成粒子的核子与粒子的质量差为
结合能，代入数据得
.
13．(1)；(2)3.26MeV；(3)0.45MeV
【解析】
(1)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式
(2)质量亏损为
释放的核能为
(3)设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为、，核反应过程系统动量守恒，以种子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
其中，，解得
14．(1)中子；(2)；(3)
【解析】
(1)由质量数和电荷数守恒可知，氘核与氚核的核反应，X的质量数，电荷数，故X是中子。
(2)根据爱因斯坦的质能方程，得
kg
(3)1g氘核完全与氚核发生反应释放的核能为
J