上海市甘泉高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 跟踪训练（含解析）

5.3聚变与受控热核反应
1．在下列两个核反应方程中，X1、X2分别代表一种粒子．① ②，以下判断中错误的是 (　　 )
A．①是衰变反应
B．②是轻核聚变反应
C．X1是α粒子，此种粒子形成的射线具有很强的电离本领
D．X2是中子，X2的质量等于与质量之和减去的质量
2．据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”（如图），它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生反应并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源．在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是（ ）
A．
B．
C．
D．
3．下列核反应中属于人工转变的是
A．
B．
C．
D．
4．太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026 J，这些能量是(　　)
①重核的裂变反应中产生的 ②轻核的聚变反应中产生的
③原子核的衰变反应中产生的 ④热核反应中产生的
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
5．下列说法中错误的是（ ）
A．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为电子
C．卢露福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
6．.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．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个
D．衰变成要经过8次β衰变和6次α衰变
7．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．
8．下列说法中正确的是(　　)
A．一群处于n＝3能级的氢原子自发跃迁时能发出2种不同频率的光子
B． 的一种裂变可能为
C．核反应属于原子核聚变
D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，遏止电压就越大
9．制备氚核的核反应方程：；氘核和氚核结合成氦核的核反应方程:，下列说法正确的是
A．X表示中子
B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都有质量亏损
D．两个核反应都是核聚变反应
10．下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程
B．光电效应中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C．放射性元素氡的半衰期是3.8天，有4个氡核经7.6天后只剩1个
D．一群处于量子数n=4的氢原子，在向低能级跃迁的过程中可以产生6种不同频率的光
11．太阳能量来源与太阳内部氢核的聚变。1个()和1个()结合成1个氦核()该核反应的方程式为：_______，已知()的质量为m1，的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，真空中光速为c。该反应释放的核能为_____。
12．太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，，c为光速。核反应方程中则________，在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为________MeV。（结果保留2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=1.007?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．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氨3核与氘核发生聚变反应有质子流产生；
（1）写出核反应方程，
（2）若该反应中质量亏损为9.0×l0﹣30kg ， 且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能（聚变前粒子的动能可忽略不计）．
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A、根据质量数守恒和核电荷数守恒可知①是原子核的α衰变反应，故A不符合题意；
B、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，由此可知②是轻核聚变反应，故B不符合题意；
C、根据质量数和电荷数守恒可知X1是α粒子，此种粒子电离能力强，贯穿能力弱，故C不符合题意；
D、根据质量数和电荷数守恒可知X2是中子，由于反应过程中有质量亏损，因此X2的质量小于与质量之和减去的质量，故D符合题意．
故选D．
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
轻核聚变释放较大的能量，释放的能量比重核裂变释放的能量大得多，该装置承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，内部进行的是轻核聚变，故B正确，ACD错误．
故选B．
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．两轻核结合成中等质量的核，属于轻核聚变，A错误．
B．反应物只有一个，自发的发生核反应，生成物为α粒子或β粒子为衰变，则B错误．
C．α粒子轰击其他的原子核，生成新的核，为人工核转变，典型代表为三大发现，C正确．
D．重核在中子的轰击作用下生成多个中核，生成新的中子继续反应构成链式反应，为重核裂变，D错误．
故选C．
【点睛】
衰变生成物为α或β粒子，原子核的人工转变是由人为行为发生的和反应方程，不是自发的衰变、裂变和聚变等．
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
太阳放出的能量由轻核的聚变反应（也叫热核反应）产生的；
故选D．
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据玻尔理论可知，氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光的能量大于氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应．故A正确，不符合题意；
B．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，衰变后的产物x的质量数为0，电荷数为-1，衰变方程为：，所以x是电子．故B正确，不符合题意；
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构理论．故C错误，符合题意；
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子的过程中亏损的质量为(2m1+2m2-m3)，根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2．故D正确，不符合题意．
故选C.
【点睛】
该题考查原子物理学的多个知识点的内容，其中玻尔理论与质能方程为这一部分的重点，要准确理解其内容．
6．C
【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、按照质量数和电荷数守恒可以知道发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，故C正确；
D、按照核反应中电荷数与质量数守恒可知衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变，故D错误；
故选C
点睛：在核反应中遵循电荷数与质量数守恒，可以按照这个写出核反应方程式．
7．C
【解析】
A项：为核聚变；
B项：为核裂变；
C项：为衰变；
D项：为人工转变；
故本题应选C．
点晴：解决本题关键理解核聚变、核裂变、衰变、人工转变，其中衰变分为衰变、衰变，发生衰变或衰变同时伴随衰变的产生．
8．C
【解析】
【分析】
【详解】
A、根据公式知，处于n=3能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子，故A错误；
B、根据质量数和电荷数守恒可知，的一种裂变可能为，故B错误；
C、核反应属于原子核聚变，故C正确；
D、遏止电压与入射光的频率成正比关系，与光强无关，故D错误；
故选C．
9．AC
【解析】
由电荷数和质量数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，选项A正确；同理可知Y的质量数为6，电荷数为3，中子数为3，选项B错误；两个反应都放出能量，则都有质量亏损，选项C正确；氘核和氚核结合成氦核的核反应是聚变反应，另一个不是聚变反应，选项D错误；故选AC.
10．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒知方程正确，选项A正确；
B．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能与照射光的频率不是正比关系，选项B错误；
C．半衰期具有统计规律，对少量的原子核适用，对少量的原子核不适用，选项C错误；
D．根据知，一群处于量子数n=4的氢原子，在向低能级跃迁的过程中可以产生6种不同频率的光，选项D正确．
故选AD．
【点睛】
本题考查了核反应方程、光电效应方程、半衰期、能级跃迁等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，知道在核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，注意半衰期对大量的原子核适用，对少数原子核不适用．
11．
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由题意可得，核反应的方程式为
[2]根据爱因斯坦质能方程，该反应释放的核能为
12．2 27MeV
【解析】
【详解】
[1]由质量数和电荷数守恒得，核反应方程中则
n=2
[2]反应过程中的质量亏损约为
由于
根据爱因斯坦质能方程可得
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) 8.1×10﹣13J
【解析】
【分析】
（1）要写出核反应方程，必须知道生成物是什么，所以可以根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式．
（2）要计算生成物的总动能，就必须知道核反应释放的核能，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2即可求出核反应释放的能量．
【详解】
（1）根据题意设生成的新核，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A，解得A=4；根据核反应过程中核电荷数守恒可得：2+1=1+Z；解得Z=2，故新核为
所以核反应方程式为：
（2）核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2
可得释放的能量
△E=9.0×10-30×（3×108）2=8.1×10-13J
由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为8.1×10-13J．