山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 质量检测（含解析）

4.3核聚变
1．下列说法正确的是（　　）
A．中X为电子，核反应类型为β衰变
B．中Y为中子，核反应类型为人工核转变
C．，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D．，其中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变
2．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3。假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（　　）
A．核反应后氦核与中子的动量相同 B．该核反应释放的能量为E=(m1－m2－m3)c2
C．核反应后中子的动能为 D．核反应后氦核的动能为
3．太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为：已知和的质量分别为mp=1.0078u和mα=4.0026u，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为（　　）
A．8MeV B．16MeV C．26MeV D．52MeV
4．“两弹”所涉及的基本核反应方程有：①②，关于这两个方程，下列说法正确的是（　　）
A．方程①属于α衰变 B．方程②属于轻核聚变
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
5．下列说法正确的是（　　）
A．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转
B．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
C．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变
D．核反应堆产生的能量来自轻核聚变
6．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热核反应
B．只要光子能量大于氢原子能级差,就能使氢原子跃迁
C．光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．是衰变方程
7．下列说法中正确的是（　　）
A．天然放射现象说明原子具有复杂的结构
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变
C．原子核分成单个核子的过程一定有质量亏损，释放出能量
D．一群处于n=2能级的氢原子自发跃迁，可能发出3种不同频率的光子
8．有四个核反应方程如下：
① ②
③ ④
下列说法正确的是（　　）
A．①是核聚变 B．x2为 C．③是核裂变 D．x4为中子
9．下列现象中，原子核结构未发生改变的是（ ）
A．氢气放电管发出可见光 B．β衰变放出β粒子
C．太阳内部的核聚变 D．光电效应现象
10．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为X+Y→，下列说法正确的是（ ）
A．X是中子 B．Y的质子数是3,中子数是6
C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应
11．氘核和氚核聚变的核反应方程为，的比结合能是2.78 MeV，的比结合能是1.09MeV，的比结合能是7.03 MeV，则该核反应____（选填“吸收”或“释放”）了____MeV能量．
12．太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，，c为光速。核反应方程中则________，在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为________MeV。（结果保留2位有效数字）
13．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.0180u（lu＝931MeV，能量单位用MeV,计算结果小数点后保留两位有效数字）。求：
（1）写出聚变方程；
（2）释放出的核能多大？
14．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.0180u。
(1)写出聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
参考答案
1．C
【解析】
A．根据核反应过程质量数和核电荷数守恒得
即X为粒子，核反应类型为衰变，故A错误；
B．，所以Y为中子，核反应类型为轻核聚变，故B错误；
C．，所以K为10个中子，核反应类型为重核裂变，故C正确；
D．，所以Z为氢核，是人工核反应方程，不是轻核聚变，故D错误。
故选C。
2．D
【解析】
A．根据核反应前后系统的总动量守恒，知核反应前两氘核动量等大反向，系统的总动量为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，动量不同，故A错误；
B．该核反应前后释放的能量
故B错误；
CD．由能量守恒可得核反应后的总能量为
由动能与动量的关系
且可知，核反应后氦核的动能为
故C错误，D正确。
故选D。
3．C
【解析】
反应过程中的质量亏损约为
由于1u=931MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得
故C正确，ABD错误。
故选C。
4．B
【解析】
A．方程①是质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，A错误；
B．方程②是质量数较小的和转化为质量较大的核，属于轻核聚变，B正确；
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反应形成的，C错误；
D．同位素的质子数相同，D错误。
故选B。
5．A
【解析】
A．γ射线是不带电的光子，故在电场和磁场中因不受电场力和洛伦兹力，也就不会发生偏转，故A正确；
B．放射性元素的半衰期与物理环境(温度、压强)无关，与化学状态(单质、化合物)无关，只与原子核自身的结构有关，故B错误；
C．太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变反应，故C错误；
D．核反应堆产生的能量来自铀235的裂变反应，故D错误。
故选 A。
6．A
【解析】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，A正确；
B．只有光子能量等于氢原子两个能级间的能级差，才能使氢原子发生跃迁，B错误；
C．根据光电效应方程
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，频率越高，最大初动能越大，但不成正比，C错误；
D．核反应方程
是原子核的人工转变，D错误。
故选A。
7．B
【解析】
A. 天然放射现象中的射线来自于原子核，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A错误；
B. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变，B正确；
C. 原子核分成单个核子的过程需要外界提供能量，故它需要吸收能量，而不是释放能量，吸收的这个能量就叫原子核的结合能，C错误；
D. 根据知，一群处于n=2能级的氢原子，自发跃迁时只能发出1种频率的光子，而一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，才会发出3种不同频率的光子，D错误。
故选B。
8．B
【解析】
A．根据质量数与质子数守恒可知的质量数为
而质子数为
所以是，①是核裂变反应，故A错误；
B．根据质量数与质子数守恒可知的质量数为
而质子数为
所以是，故B正确；
C．根据质量数与质子数守恒可知的质量数为
而质子数为
所以是，③是衰变，故C错误；
D．根据质量数与质子数守恒可知的质量数为
而质子数为
所以是，故D错误；
故选B。
9．AD
【解析】
A．氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由于原子内部电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A正确；
B．β衰变放出β粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B错误；
C．太阳内部的核聚变是原子核内的热核反应，选项C错误；
D．光电效应是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D正确。
故选AD。
10．AD
【解析】
A．根据核反应方程：，X的质量数：m1=2+3-4=1，核电荷数：z1=1+1-2=0，所以X是中子．故A正确；
B．根据核反应方程：，X是中子，所以Y的质量数：m2=4+3-1=6，核电荷数：z2=2+1-0=3，所以Y的质子数是3，中子数是3．故B错误；
C．根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损．故C错误；
D．氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应．故D正确．
【点睛】
该题考查常见的核反应方程，在这一类的题目中，要注意质量数守恒和核电荷数守恒的应用．基础题目．
11．释放 17.6
【解析】
[1][2]．聚变反应前和的总结合能为
E1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV
反应后生成的氦核的结合能为
E2=7.03×4MeV=28.12MeV
所以反应释放的核能
△E=E2-E1=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV
即该核反应释放了17.6MeV能量．
12．2 27MeV
【解析】
[1]由质量数和电荷数守恒得，核反应方程中则
n=2
[2]反应过程中的质量亏损约为
由于
根据爱因斯坦质能方程可得
13．（1）；（2）6.24MeV
【解析】
（1）聚变方程
（2）质量亏损为
△m=mH+2mn-m=（1.0073+2×1.0087-3.0180）u=0.0067u
释放的核能为
△E=△mc2=0.0067×931MeV=6.24MeV
14．(1)；(2)；(3)
【解析】
(1)聚变方程为
(2)质量亏损为
释放的核能为
(3)平均每个核子放出的能量为