上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 课时作业（含解析）

5.3聚变与受控热核反应
1．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
2．核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源，据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是
A． B．
C． D．
3．下列说法正确的是
A．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
B．放射性元素的半衰期与外界温度有关
C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．太阳的巨大能量是核裂变产生的
4．北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是(　 　)
A． B．
C． D．
5．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（　　）
① ②
③ ④
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
6．“两弹”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来源 D．方程②中的与互为同位素
7．下列说法正确的是（ ）
A．是衰变
B．是聚变
C．是衰变
D．是裂变
8．下列关于核反应方程及描述正确的是（ ）
A．是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程
B．是卢瑟福发现中子的方程
C．是核聚变反应
D．是查德威克发现质子的方程
9．下列说法正确的是(　 　)
A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量
B．使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1×10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内
C．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功
D．热核反应只有在人工控制下才能发生
10．下列说法正确的是(　 　)
A．天然放射现象说明了原子核具有复杂结构
B．放射性物质的温度升高，其半衰期减小
C．核裂变与聚变都伴有质量亏损
D．β衰变所释放的电子来自原子核外
11．恒星的亮度取决于它的____________、____________以及离地球的距离。
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．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。
14．两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）
参考答案
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．A的衰变生成物里有电子，属于β衰变，故A错误；
B．B的衰变生成物里有α粒子，是α衰变，故B正确；
C．C反应是轻核聚变，是氢弹的基本反应方程，故C错误；
D．D是用α粒子轰击原子核发生核反应，是原子核的人工转变，是发现质子的方程，故D错误。
2．B
【解析】
【详解】
A．核反应方程属于核聚变方程．故A错误
B．核反应方程属于放射性同位素的衰变，符合题意．故B正确
C．核反应方程的质量数不守恒；正确核反应方程为：属于核裂变．故C错误；
D．核反应方程属于人工核反应方程．故D错误
故选B．
【点睛】
根据各个核反应方程 的特点，由衰变的特点与衰变方程判断分析即可．
3．A
【解析】
【详解】
A．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量，选项A正确；
B．放射性元素的半衰期与外界温度无关，选项B错误；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；
D．太阳的巨大能量是核聚变产生的，选项D错误；
故选A.
4．A
【解析】
A反应是轻核聚变反应方程式，故A正确；B反应是原子核的人工转变方程，选项B错误；C反应是重核裂变方程，选项C错误；d反应是α衰变方程，选项D错误；故选A.
点睛：本题考查太阳内部的核聚变反应，注意其与氢弹爆炸的区别，氢弹爆炸包含了原子弹裂变反应和氢弹聚变反应两个过程．
5．A
【解析】
【详解】
反应①是轻核聚变方程，是氢弹的反应方程；反应②是重核裂变方程，是原子弹的反应方程；③是α衰变方程，④是原子核的人工转变方程；属于研究“两弹”的基本核反应方程的是①②，故A项正确，BCD三项错误。
6．B
【解析】
方程①属于重核的裂变反应，选项A错误；方程②属于轻核聚变，选项B正确；方程②的核反应是太阳能的来源，选项C错误；方程②中的与的质子数不同，不是互为同位素，选项D错误；故选B.
7．B
【解析】
该反应生成氦原子核，是衰变，A错误；聚变是质量轻的核结合成质量大的核，B正确；裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核，该反应是裂变，C错误；该反应生成电子，是衰变，D错误；选B.
【点睛】衰变生成氦原子核，自发进行；衰变生成电子，自发进行；聚变是质量轻的核结合成质量大的核，裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核．
8．AC
【解析】
【详解】
A．是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程，故A正确；
B．是查德威克发现中子的方程，故B错误；
C．氘与氚生成氦核的核反应为核聚变方程，故C正确；
D．是卢瑟福发现质子的核反应方程，故D错误；
故选AC．
9．AB
【解析】
根据质能方程可知，轻核的聚变过程，存在质量亏损，向外界放出核能，故A正确；使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1×10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内，选项B正确；要使聚变产生，必须克服核子间库仑斥力作用，故C错误；核聚变反应即使不在人工控制下也可以发生，例如太阳内部进行的反应就是热核反应，选项D错误；故选AB.
10．AC
【解析】
天然放射现象说明了原子核具有复杂结构，选项A正确；放射性物质的温度升高，其半衰期不变，选项B错误；核裂变与聚变都放出核能，则都伴有质量亏损，选项C正确；β衰变所释放的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项D错误；故选AC.
11．体积 温度
【解析】
【详解】
[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。
12．3 大于
【解析】
【详解】
(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)中子；(2)；(3)
【解析】
【分析】
【详解】
(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
14．(1)17.6MeV；(2) 9.63×106Kg
【解析】
【分析】
【详解】
(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