山东省济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 配套作业（含解析）

4.3核聚变
1．下列说法正确的是（　　）
A．轻核聚变反应方程中，X表示正电子
B．是铀核裂变的一种反应方程
C．放射性元素与不同的元素形成化合物，其半衰期不同
D．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定
2．太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，其核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
3．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
4．一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
5．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
6．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
7．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
8．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
9．下列核反应中，属于原子核的聚变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
10．下列说法中正确的是_______
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
B．铀核（）衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的比结合能一定大于铀核的比结合能
C．所有原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的谱线可以相同
D．核力将核子紧紧束缚在原子核内，因此核力只表现为引力
11．如图所示，为了形象的描述核能的获得，两位同学分别画了一张利用核能途径的原理图；其中甲图表示的是______________;图乙表示的是________________.

甲 乙
12．恒星的亮度取决于它的____________、____________以及离地球的距离。
13．两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。核聚变反应会释放出核能。例如，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出一个中子，就要向外释放出能量，其核反应方程式为：。已知氘核的质量为2.0141u，氚核的质量为3.0161u，中子的质量为1.0087u，氦核的质量为4.0026u。根据爱因斯坦的质能方程E=mc2可以证明1u相当于931.5MeV
(1)试根据上述条件计算出该反应能释放出多少兆电子伏的核能。（结果保留三位有效数字）
(2)燃烧值是指完全燃烧1kg的某种燃料所能释放出的能量，单位是J/kg。若已知某种型号的汽油的燃烧值为4.4×107J/kg，试计算按着上述核反应每结合成1kg氦核释放的核能大约相当于燃烧多少汽油释放出的化学能？（结果保留三位有效数字，取阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023）
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．D
【解析】
A．轻核聚变反应方程中，X的质量数为
电荷数
可知X表示中子，故A错误；
B．铀核裂变的一种核反应方程，故B错误；
C．放射性元素的半衰期由原子核自身内部因素决定，与物质处于单质还是化合物无关，故C错误；
D．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，故D正确。
故选D。
2．A
【解析】
聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核，由题目知A是热核聚变反应；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是衰变方程。
故选A。
3．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。
4．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。
5．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．
6．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。
7．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。
8．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。
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．AB
【解析】
本题主要考察现代物理与核物理的相关知识。
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核聚变反应，故A正确；
B．比结合能用于描述原子核稳定性，衰变后原子核更稳定，比结合能更大，故B正确；
C．线状谱又叫特征光谱，不同原子的谱线一定不同，故C错误；
D．核力在小于 范围内表现为斥力，故D错误。
故选AB。
11．重核的裂变 轻核的聚变
【解析】
[1]甲图中由一个较重的原子核变成较轻的原子核的核反应，是核裂变；
[2]乙图是由较轻的原子核变成较重的原子核的核反应，是核聚变。
12．体积 温度
【解析】
[1][2]恒星的亮度与恒星的体积和温度及它与地球的距离有关，温度越高，体积越大，距离越近，亮度越亮。
13．(1)17.6MeV；(2) 9.63×106Kg
【解析】
(1)核反应中亏损的质量
释放的核能
(2) 1kg氦核中的氦核个数为
个
每结合成1kg氦核释放的核能为，汽油燃烧值q=4.4×107J/kg，相当于燃烧汽油质量
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