山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.3核聚变 跟踪训练（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”目前建设顺利，预计2020年投入运行，开展相关科学实验。该装置以氢、氘气体为“燃料”，通过将其注入装置并击穿、“打碎”产生近堆芯级别的等离子体，来模拟核聚变反应。若已知H的质量为m1H的质量为m2，He的质量为m3，n质量为m4，关于下列核反应方程，下列说法中正确的是（ ）
A．He+n是热核反应，其中x=2
B．HeO+H是热核反应，其中x=1
C．B+He是人工转变，其中x=1
D．SrXe+n是裂变反应，其中x=8
2．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　）
A．“人造太阳”的核反应方程是
B．“人造太阳”的核反应方程是
C．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应小得多
D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同
3．下列核反应方程中，属于重核裂变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．下列核反应中属于α衰变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
5．关于下列核反应方程，以下说法不正确的是（　　）
① ② ③
A．方程①中衰变产生的Pa处于激发态，会发出射线 B．方程①中衰变的发生是自发的过程
C．方程②是裂变反应，应用时产生的废物容易处理 D．③是聚变反应，产能效率比裂变反应高
6．下列关于核反应及衰变的表述正确的有（　　）
A．，X表示
B．是轻核聚变
C．半衰期与原子所处的化学状态有关
D．衰变中产生的粒子实际上是核外电子挣脱原子核的束缚
7．以开发核聚变能源为目的，被誉为“人造太阳”的中国环流器二号M（HL--2M）装置在2019年全国两会期间备受关注。下列核反应方程中属于核聚变反应的是（　　）
A． B．
C． D．
8．关于核反应的知识，下列说法正确的是（　　）
A．，，X粒子的穿透本领比Y粒子弱
B．是聚变方程
C．一个静止的硒核发生β衰变，，反应前后质量守恒
D．核反应方程是太阳中主要进行的热核反应之一
9．利用某原子核俘获中子发生核反应，可获得氚核，氚是重要的核聚变原料。具体的核反应方程为，则下列说法正确的是（　　）
A．此核反应为α衰变
B．X的中子数为2
C．此核反应过程有质量亏损
D．4.9MeV是X的结合能
10．氘核和氦核的质量分别是和，如果两个氘核结合生成氦核，真空中的光速为c，则下列说法中正确的是（ ）
A．该核反应方程为
B．核电站通常用该反应作为获得核能的主要途径
C．核反应过程中的质量亏损
D．氦核的结合能是
11．原子弹爆炸能瞬间释放出巨大的能量，是利用了________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）；太阳能不断地向外辐射能量，是因为其内部不断地发生着____________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）.若用核轰击核发生核反应，最终产生核和________核（写出元素符号）.已知、核的质量分别为m1、m2，产生新核的质量分别为m3、m4，则该核反应放出的核能为_______（已知真空中的光速为c）.
12．在下列四个核反应中，X表示中子的是________，属于原子核的人工转变的是_______。
A．＋＋X
B．＋＋X
C．＋＋X
D．＋X＋＋10X
13．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH=1.007?3u，中子质量mn=1.008?7u，氚核质量m=3.0180u．已知1u相当于931.5Mev．?
（1）写出聚变方程；
（2）释放出的核能多大？
14．已知氘核的质量为，中子的质量为，的质量为．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV．
（1）计算上述核反应中释放的能量．
（2）若两个氘核以相等的动能发生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，则反应中生成的和中子的动能各是多少？
参考答案
1．C
【解析】
A．He+n是热核反应，根据核电荷数守恒和质量守恒可知，其中x=1，A错误；
B．HeO+H是人工转变，其中x=1，B错误；
C．B+He是人工转变，其中x=1，C正确；
D．SrXe+n是裂变反应，根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒知x=10，故D错误。
故选C。
2．A
【解析】
AB．“人造太阳”的核反应方程是，是氢核聚变方程，故A项正确，B项错误；
CD．根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故CD项错误。
故选A。
3．D
【解析】
A是发现质子的反应，属于人工核转变；B属于α衰变；C属于聚变方程；D属于重核裂变方程。
故选D。
4．C
【解析】
AB属于人工转变，D是核聚变，C是α衰变，故ABD错误，C正确。
故选C。
5．C
【解析】
AB．由题可知，核反应方程①是β衰变，β衰变的发生是自发的过程，在β衰变后的新核处于激发态，所以会发出γ射线。故AB正确，不符合题意；
C．方程②是裂变反应，应用时产生的废物具有一定的放射性，不容易处理。故C不正确，符合题意；
D．根据核反应的特点可知，方程③是聚变反应，在聚变反应中产能效率比裂变反应高。故D正确，不符合题意。
故选C。
6．B
【解析】
A．根据质量数和电荷数守恒，可知中，X的电荷数是2，质量数是4，故X表示，故A错误；
B．轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，故是轻核聚变，故B正确；
C．半衰期是一个统计规律，只与放射性元素本身有关，与所处的化学状态无关，故C错误；
D．衰变中产生的粒子实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D错误。
故选B。
7．C
【解析】
核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，用快速粒子（天然射线或人工加速的粒子）穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，这就是原子核的人工转变。由此可知：核反应方程
是原子核的聚变反应；
A． ，是原子核的人工核转变，故A错误；
B． ，是原子核的人工核转变，故B错误；
C． 与分析相符，故C正确；
D． 属于裂变反应，故D错误。
故选：C。
8．A
【解析】
A．由质量数和电荷数守恒知，X为即粒子，Y为即电子，则X粒子的穿透本领比Y粒子弱，故A正确；
B．为人工转变，故B错误；
C．β衰变放出能量，质量发生亏损，故C错误；
D．为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误。
故选A。
9．C
【解析】
A．虽然此核反应生成物中产生了，但此反应不是α衰变，故A错误；
B．根据质量数、电荷数守恒可知，X的质量为6，电荷数为3，因此质子数和中子数均为3，故B错误；
C．此核反应过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，此过程有质量亏损，故C正确；
D．X的结合能是3个中子和3个质子结合成X所释放的能量，而此核反应是X与中子结合生成He和H所释放的能量，故D错误。
故选C。
10．AC
【解析】
A．核反应过程中质量数和电荷数守恒，由此可以知道核反应方程为
故A正确；
B．该反应为聚变反应，核电站通常用裂变反应作为获得核能的主要途径，故B错误；
C．该反应的中质量亏损为
故C正确；
D．氦核的结合能是指由原子结合成原子核时释放的能量，不是两个氘核结合生成氦核释放的能量，故D错误。
故选AC。
11．重核裂变 轻核聚变
【解析】
：（1）原子弹爆炸是利用重核裂变释放的核能；（2）太阳内部时刻发生轻核聚变（也叫热核反应）；（3）根据质量数与电荷数守恒知产生的核是；（4）由质能方程可求释放的核能为：.
12．BCD AB
【解析】
设的质量数为，电荷数为；
A、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示质子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
B、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于原子核的人工转变；
C、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于轻核聚变；
D、根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于重核裂变；
X表示中子的是选项BCD，属于原子核的人工转变的是选项AB。
13．（1）H+2n→H（2）6.24105Mev
【解析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程式为： H+2n→H；
（2）该核反应中质量亏损：△m=1.0073u+2×1.0087u-3.0180u=0.0067u，
则释放的核能：△E=△mc2=0.0067×931.5MeV=6.24105Mev。
14．（1）（2）中子动能为：氦的动能为：
【解析】
（1）由质量数守恒和核电荷数守恒，写出核反应方程为：
则反应过程中质量减少了：
反应过程中释放的核能为： 。
（2）设核和的动量分别为和，由动量守恒定律得：
由此得和大小相等，由动能和动量关系及核和质量关系，得中子的动能是核动能的3倍，即：：：1
由能量守恒定律得：
由以上可以算出中子动能为：，氦的动能为：