上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 课时训练含解析）
文档属性
| 名称 | 上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 课时训练含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 469.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-17 18:09:10 | ||
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文档简介
5.3聚变与受控热核反应
1．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数原子核发生核反应的过程都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变，β衰变等，下列关于核反应的说法正确的是
A．属于α衰变，属于β衰变
B．属于核聚变
C．衰变为，经过4次α衰变，6次β衰变
D．属于原子核人工转变
2．在下列描述的核过程的方程中，属于裂变的是? （ ）
A．?? B．
C．??? D．
3．有关原子及原子核方面的知识，下列说法正确的是（ ）
A．放射性物质衰变时放出来的γ光子，是原子从高能级向低能级跃迁时产生的
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
D．轻核聚变要在很高的温度下才能发生
4．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量，氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.013 6 u，氦3的质量为3.0150 u，氦核的质量为4.001 51 u，质子质量为1.007 83 u，中子质量为1.008 665 u,1 u相当于931.5 MeV.则下列说法正确的是( )
A．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子
B．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV
C．核聚变又称热核反应，核聚变时要释放巨大能量，目前人类已经实现了可控热核反应．
D．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子
5．据《中国科技报》报道，我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称为人造太阳）已经完成了首次工程调试，“人造太阳”的核反应方程是，设氚核质量为m1，氘核质量为m2，氦核质量为m3，X质量为m4，下列关于“人造太阳”的说法中正确的是
A．X是质子
B．“人造太阳”的核反应发生的条件是反应物质的体积要达到临界体积
C．“人造太阳”的核反应过程中发生质量亏损，该过程释放的核能为（m3+m4-m1-m2）c2
D．“人造太阳”的核反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到10-15米的范围内才能够发生
6．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示．科学家发现在月球上含有丰富的 (氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为＋→2＋．关于聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用聚变反应发电
7．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖．大多数原子核发生核反应的过程中都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等．下列关于核反应的说法,正确的是
A．+→ +是α衰变方程， → +是β衰变方程
B．高速α粒子轰击氮核从氮核中打出粒子，其核反应方程为 +→ +p
C．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
D． +→ + +3是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
8．“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研究两弹的基本核反应方程式的是（ ）
A．
B．U+n→Sr+Xe+10n
C．U→Th+He
D．H+H→He+n
9．下列说法正确的是( )
A．157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程 B．β衰变的实质是原子核内10n→11H＋0-1e
C．11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程 D．U→Ba＋Kr＋2n是核裂变反应方程
10．下列四幅图的有关说法中，正确的是( )
A．若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．射线甲是α粒子流，具有很强的穿透能力
C．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
D．链式反应属于重核的裂变
11．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
12．取质子的质量mp=1.6726×10-27kg，中子的质量mn=1.6749×10-27kg，粒子的质量=6.6467×10-27kg，光速c=3×108m/s，则粒子的结合能是_________。（计算结果保留两位有效数字）
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rn＝3.0180u（lu＝931MeV/C2，结果小数点后保留两位小数）．求：
（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？
14．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍）
(1)写出该核反应的反应方程式；
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
是轻核聚变反应；属于β衰变，选项A错误；是核裂变方程，选项B错误；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：4x+222=238，解得x=4；2x-y+86=92，得y=2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故C错误；属于原子核人工转变方程，选项D正确；故选D.
2．D
【解析】A、该反应放出电子，自发进行，是β衰变，故A错误；
B、该反应放出氦核，自发进行，是α衰变，故B错误；
C、该反应是轻核核聚变，故C错误；
D、铀核在中子轰击下，产生中等核，该反应是重核裂变，故D正确。
点睛：裂变是重核裂变成轻核，需要其它粒子轰击，不能自发进行，根据核反应的特点分析即可确定。
3．D
【解析】
【详解】
A.放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即γ射线，故A错误；
B.放射性物质的半衰期由原子核内部因素决定，与温度以及化学状态等无关，故B错误；
C.β衰变所释放的电子来自原子核，是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；
D.轻核聚变需在很高的温度下发生，会释放出更高的能量，所以轻核聚变又称为热核反应．故D正确．
故选D
4．B
【解析】
【详解】
A：根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子，故A项错误．
B：根据质能方程知
故B项正确．
C：核聚变又称热核反应，核聚变时要释放巨大能量，但是目前人类还没有实现可控热核反应．故C项错误．
D：氦的质子数为2，故D项错误．
5．D
【解析】
【详解】
A．人造太阳”的核反应方程是：，X是中子，故A错误；
BD．人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，聚变反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到米的范围以内才能够发生，故B错误，D正确；
C．人造太阳”的核反应过程中发生质量亏损，则有，该过程释放的核能为，故C错误。
故选D。
6．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A.聚变反应要放出大量能量，故A错误；
B.聚变反应产生了新原子核，故B正确；
C.由爱因斯坦质能方程知释放能量伴随质量亏损，所以聚变过程会有质量亏损，故C正确；D.目前核电站都采用铀核的裂变反应，故D错误．
故选BC
7．BC
【解析】
A. 核反应方程是轻核的聚变，中放射出电子，是β衰变方程，故A错误；
B. 高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为，故B错误；
C.在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变．设经过了m次α衰变，则：4m=234?222=12，所以m=3；设经过了n次β衰变，有：2m?n=90?86=4，所以n=2.故C正确；
D. 是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程．故D错误；
故选C
8．BD
【解析】是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程式，故A错误；是原子弹爆炸裂变反应方程式，故B正确；是α衰变，故C错误；是氢弹爆炸聚变反应方程式，故D正确，故选BD。
9．BC
【解析】
【详解】
A．α衰变是自发的放出氦原子核，不是人工合成的，故A错误；
B．β衰变的实质在于核内的中子数转化为了一个质子和一个电子，故B正确；
C．轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，故C正确；
D．重核裂变是粒子轰击原子核，产生中等核，因此此反应不属于核裂变反应方程，故D错误；
故选BC．
10．CD
【解析】
A图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后的速度不大于v，但不是一定等于v，A错误；B图中，由左手定则可知，丙带正电，则丙射线由α粒子组成，具有很强的电离能力，B正确；C图中图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，C正确；D图中的链式反应属于重核裂变，故D错误；
11．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
12．4.3×10-12J
【解析】
【分析】
【详解】
组成粒子的核子与粒子的质量差为
所以结合能为
代入数据解得
即粒子的结合能为。
13．（1） （2）6.24MeV（3）2.08MeV
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程式为：；
（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=0.0067×931MeV=6.24MeV．
（3）平均每个核子释放的能量：
点睛：解决本题的关键知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒，掌握爱因斯坦质能方程，并能灵活运用．
14．(1)；(2)3.26MeV；(3)0.45MeV
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式
(2)质量亏损为
释放的核能为
(3)设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为、，核反应过程系统动量守恒，以种子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
其中，，解得
1．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数原子核发生核反应的过程都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变，β衰变等，下列关于核反应的说法正确的是
A．属于α衰变，属于β衰变
B．属于核聚变
C．衰变为，经过4次α衰变，6次β衰变
D．属于原子核人工转变
2．在下列描述的核过程的方程中，属于裂变的是? （ ）
A．?? B．
C．??? D．
3．有关原子及原子核方面的知识，下列说法正确的是（ ）
A．放射性物质衰变时放出来的γ光子，是原子从高能级向低能级跃迁时产生的
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
D．轻核聚变要在很高的温度下才能发生
4．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量，氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.013 6 u，氦3的质量为3.0150 u，氦核的质量为4.001 51 u，质子质量为1.007 83 u，中子质量为1.008 665 u,1 u相当于931.5 MeV.则下列说法正确的是( )
A．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子
B．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV
C．核聚变又称热核反应，核聚变时要释放巨大能量，目前人类已经实现了可控热核反应．
D．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子
5．据《中国科技报》报道，我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称为人造太阳）已经完成了首次工程调试，“人造太阳”的核反应方程是，设氚核质量为m1，氘核质量为m2，氦核质量为m3，X质量为m4，下列关于“人造太阳”的说法中正确的是
A．X是质子
B．“人造太阳”的核反应发生的条件是反应物质的体积要达到临界体积
C．“人造太阳”的核反应过程中发生质量亏损，该过程释放的核能为（m3+m4-m1-m2）c2
D．“人造太阳”的核反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到10-15米的范围内才能够发生
6．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示．科学家发现在月球上含有丰富的 (氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为＋→2＋．关于聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用聚变反应发电
7．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖．大多数原子核发生核反应的过程中都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等．下列关于核反应的说法,正确的是
A．+→ +是α衰变方程， → +是β衰变方程
B．高速α粒子轰击氮核从氮核中打出粒子，其核反应方程为 +→ +p
C．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
D． +→ + +3是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
8．“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研究两弹的基本核反应方程式的是（ ）
A．
B．U+n→Sr+Xe+10n
C．U→Th+He
D．H+H→He+n
9．下列说法正确的是( )
A．157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程 B．β衰变的实质是原子核内10n→11H＋0-1e
C．11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程 D．U→Ba＋Kr＋2n是核裂变反应方程
10．下列四幅图的有关说法中，正确的是( )
A．若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．射线甲是α粒子流，具有很强的穿透能力
C．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
D．链式反应属于重核的裂变
11．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
12．取质子的质量mp=1.6726×10-27kg，中子的质量mn=1.6749×10-27kg，粒子的质量=6.6467×10-27kg，光速c=3×108m/s，则粒子的结合能是_________。（计算结果保留两位有效数字）
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rn＝3.0180u（lu＝931MeV/C2，结果小数点后保留两位小数）．求：
（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？
14．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍）
(1)写出该核反应的反应方程式；
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
是轻核聚变反应；属于β衰变，选项A错误；是核裂变方程，选项B错误；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：4x+222=238，解得x=4；2x-y+86=92，得y=2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故C错误；属于原子核人工转变方程，选项D正确；故选D.
2．D
【解析】A、该反应放出电子，自发进行，是β衰变，故A错误；
B、该反应放出氦核，自发进行，是α衰变，故B错误；
C、该反应是轻核核聚变，故C错误；
D、铀核在中子轰击下，产生中等核，该反应是重核裂变，故D正确。
点睛：裂变是重核裂变成轻核，需要其它粒子轰击，不能自发进行，根据核反应的特点分析即可确定。
3．D
【解析】
【详解】
A.放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即γ射线，故A错误；
B.放射性物质的半衰期由原子核内部因素决定，与温度以及化学状态等无关，故B错误；
C.β衰变所释放的电子来自原子核，是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；
D.轻核聚变需在很高的温度下发生，会释放出更高的能量，所以轻核聚变又称为热核反应．故D正确．
故选D
4．B
【解析】
【详解】
A：根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子，故A项错误．
B：根据质能方程知
故B项正确．
C：核聚变又称热核反应，核聚变时要释放巨大能量，但是目前人类还没有实现可控热核反应．故C项错误．
D：氦的质子数为2，故D项错误．
5．D
【解析】
【详解】
A．人造太阳”的核反应方程是：，X是中子，故A错误；
BD．人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，聚变反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到米的范围以内才能够发生，故B错误，D正确；
C．人造太阳”的核反应过程中发生质量亏损，则有，该过程释放的核能为，故C错误。
故选D。
6．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A.聚变反应要放出大量能量，故A错误；
B.聚变反应产生了新原子核，故B正确；
C.由爱因斯坦质能方程知释放能量伴随质量亏损，所以聚变过程会有质量亏损，故C正确；D.目前核电站都采用铀核的裂变反应，故D错误．
故选BC
7．BC
【解析】
A. 核反应方程是轻核的聚变，中放射出电子，是β衰变方程，故A错误；
B. 高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为，故B错误；
C.在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变．设经过了m次α衰变，则：4m=234?222=12，所以m=3；设经过了n次β衰变，有：2m?n=90?86=4，所以n=2.故C正确；
D. 是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程．故D错误；
故选C
8．BD
【解析】是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程式，故A错误；是原子弹爆炸裂变反应方程式，故B正确；是α衰变，故C错误；是氢弹爆炸聚变反应方程式，故D正确，故选BD。
9．BC
【解析】
【详解】
A．α衰变是自发的放出氦原子核，不是人工合成的，故A错误；
B．β衰变的实质在于核内的中子数转化为了一个质子和一个电子，故B正确；
C．轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，故C正确；
D．重核裂变是粒子轰击原子核，产生中等核，因此此反应不属于核裂变反应方程，故D错误；
故选BC．
10．CD
【解析】
A图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后的速度不大于v，但不是一定等于v，A错误；B图中，由左手定则可知，丙带正电，则丙射线由α粒子组成，具有很强的电离能力，B正确；C图中图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，C正确；D图中的链式反应属于重核裂变，故D错误；
11．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
12．4.3×10-12J
【解析】
【分析】
【详解】
组成粒子的核子与粒子的质量差为
所以结合能为
代入数据解得
即粒子的结合能为。
13．（1） （2）6.24MeV（3）2.08MeV
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程式为：；
（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=0.0067×931MeV=6.24MeV．
（3）平均每个核子释放的能量：
点睛：解决本题的关键知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒，掌握爱因斯坦质能方程，并能灵活运用．
14．(1)；(2)3.26MeV；(3)0.45MeV
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式
(2)质量亏损为
释放的核能为
(3)设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为、，核反应过程系统动量守恒，以种子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
其中，，解得
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