山东省宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 课时练（含解析）

4.3核聚变
1．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（　　）
A．γ射线是高速运动的电子流
B．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
C．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
D．结合能越大说明原子核越稳定
2．原子核经放射性衰变①变为原子核，继而经放射性衰变②变为原子核，再经放射性衰变③变为原子核．放射性衰变 ①、②和③依次为
A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、β衰变和α衰变
C．β衰变、α衰变和β衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变
3．2018年我国正在建设最先进的散裂中子源，日前，位于广东东莞的国家大科学工程--中国散裂中子源CSNS首次打靶成功，获得中子束流，这标志着CSNS主体工程顺利完工，进入试运行阶段。对于有关中子的研究，下面说法正确的是（　　）
A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应
C．卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．核反应方程中的，X中核子个数为124
4．下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
C．阴极射线和β射线都是电子流，都源于核外电子
D．天然放射现象中放射出的α、β、γ射线都能在磁场中发生偏转
5．关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
C． 衰变成 要经过8次β衰变和6次α衰变
D．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
6．太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mp，电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，N为阿伏伽德罗常数。在这种核反应中1000g的氢核聚变所放出的能量为（　　）
A．1000（4mp+mα+2me）Nc2
B．1000（mα＋2me－4mp）Nc 2
C．250（mα＋2me－4mp）Nc 2
D．250（4mp－mα－2me）Nc 2
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是轻核聚变，Y是中子
C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是正电子
D．核反应方程④是衰变方程，M是中子
8．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应， 核反应方程是，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（　　）
A．方程中的X表示中子
B．方程中的X表示电子
C．这个核反应中质量亏损Δm=m1－m2－m3
D．这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1－m2－2m3）c2
9．核反应方程表示中子轰击原子核可能发生的一种核反应，该核反应中质量亏损了。关于这个核反应，下列说法中正确的是（　　）
A．该反应属于核聚变
B．中的X为33
C．中含有56个中子
D．该核反应释放出的核能为
10．太阳每年辐射到地球上的能量是地球上获得最大的能源，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，质量为m4，下列说法中正确的是（　　）
A．和是同种元素的原子核
B．和在常温下就能够发生聚变
C．虽然该反应出现质量亏损，但反应前后总质量数不变
D．这个反应释放的核能为
11．原子核聚变有望给人类未来提供丰富洁净的能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为(1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s)．
(1)该反应方程中的d＝________．
(2)质量亏损为________kg.
12．和平利用核能是人类的一个梦想。当海水中氘核充分聚变时，一升海水释放的核能相当于数百升石油完全燃烧放出的化学能。但目前人们大规模利用核聚变还只能在氢弹中使用，氘核和氚核结合成氦核的核反应方程为，若该核反应中释放出的核能以光子的形式辐射出去，该光子的能量为，已知真空中光速为c，普朗克常量为h，则该光子的动量为_____：核聚变产生的氦核_____，（填“具有”或“不具有”）放射性，所以核聚变比核裂变利用起来更为_____（选填“安全”或“不安全”）。
13．氘核与氚核的聚变反应：，已知普朗克常量，求：
（1）核反应式中的是什么粒子？
（2）这一过程的质量亏损是多少？
（3）氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？阿伏伽德罗常量。
14．已知氘核的质量为，中子的质量为，的质量为。
（1）试写出两个氘核聚变生成的核反应方程。
（2）计算上述反应中释放的核能。
（3）若两个氘核以相等的动能做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成核和中子的动能各是多少？
参考答案
1．C
【解析】
A． γ射线是高速运动的光子流，不是电子。故A错误；
B． 太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的聚变反应，故B错误；
C． 氢原子辐射光子后，电子轨道半径减小，根据得电子动能增大，故C正确；
D． 比结合能越大说明原子核越稳定，故D错误。
故选C。
2．A
【解析】
试题分析：该题考察了α、β衰变特点，只要写出衰变方程即可求解．
解：根据α、β衰变特点可知：经过一次α衰变变为，经过1次β衰变变为，再经过一次β衰变变为，故BCD错误，A正确．
故选A．
考点：原子核衰变．
点评：本意很简单，直接考察了α、β衰变特点，注意衰变过程中满足质量数、电荷数守恒．
3．A
【解析】
A．所有粒子都具有波粒二象性，故A正确；
B．裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，故B错误；
C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，故C错误；
D． 根据质量数守恒可得：
y=210-4=206
X中核子个数为206，中子数为
206-82=124
故D错误。
故选A。
4．B
【解析】
A．半衰期是原子核本身具有的属性，与外界条件无关，A错误；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应（热核反应），B正确；
C．阴极射线是核外电子，β射线是原子核内中子转化为质子时放出的电子，C错误；
D．三种射线中γ射线（高频电磁波）不带电，所以不能在磁场中发生偏转，D错误。
故选B。
5．D
【解析】
A．比结合能越大原子核越稳定，原子核的结合能越大，原子核不一定越稳定，故A错误；
B．只有较小的原子核才会发生聚变，故B错误；
C．铀核衰变为铅核的过程中，衰变一次质量数减少个，次数；衰变的次数为，要经过次衰变和次衰变，故C错误；
D．粒子为氦核，由两个质子和两种中子组成，所以发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了，故D正确．
故选：D
6．D
【解析】
4个氢核聚变的质量亏损
根据质能方程核聚变释放的能量
1000g氢核的个数为
1000g氢核聚变放出的能量
故选D。
7．B
【解析】
A．①不是重核裂变方程，是典型的衰变方程，故A错误；
B．②是轻核聚变方程，
所以Y是中子，故B正确；
C．太阳内部发生的核聚变主要是氢核的聚变，
K是中子，不是正电子，故C错误；
D．④不是衰变方程，是核裂变方程，故D错误。
故选B。
8．D
【解析】
AB．由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为，故AB错误；
CD．质量亏损为
△m=4m1-m2-2m3
释放的核能为
△E=△mc2=（4m1-m2-2m3）c2
故C错误、D正确。
故选D。
9．D
【解析】
A．裂变反应是较重的原子核在其它粒子的轰击下，分裂成几个中等的原子核，可知该反应属于裂变反应，故A错误；
B．根据电荷数守恒、质量数守恒知，的核电荷数X为
故B错误；
C．Ba的核子数为144，其中的质子数为56，所以中子数为
故C错误；
D．该核反应释放出的核能为△E，根据爱因斯坦质能方程可知
故D正确。
故选D。
10．ACD
【解析】
A．和是同种元素的原子核，故A项正确；
B．和在极高温度下才能够发生聚变，核聚变又叫热核反应，故B项错误；
C．反应前后总质量数不变，核子平均质量减小，出现质量亏损，故C项正确；
D．的质量亏损
反应释放的核能
故D项正确。
故选AD。
11．2 7.67×10－29
【解析】
（1）[1]根据质量数守恒得，再由电荷数守恒得，联立解得d＝2.
（2）[2]根据爱因斯坦的质能方程，得
12． 不具有 安全
【解析】
第一空：根据质能方程知反应放出的能量为：，即，所以光子的动量为，
第二、三空：核聚变相对核裂变来说不会产生放射性废料，所以氦核不具有放射性，且核聚变比核裂变更安全；
13．（1）中子 （2）3.1×10－29kg（3）1.6896×1012J
【解析】
（1）由质量数和电荷数守恒可知，氘核与氘核的聚变反应
eV
X的质量数是1，电荷数是0，故X是中子。
（2）根据爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2，得
kg
（3）2g氘核完全与氘核发生聚变反应释放的核能为：
14．（1）（2）3.26Mev （3）0.99Mev 2.97Mev
【解析】
（1）
（2）核反应中质量亏损
释放的核能：。
（3）设核和中子的质量分别为、，速度分别为、，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：
，
解方程组可得：