上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 课时练（含解析）
文档属性
| 名称 | 上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.3聚变与受控热核反应 课时练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 307.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-17 19:42:10 | ||
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文档简介
5.3聚变与受控热核反应
1．下列关于物理学史实和原理的说法中正确的是
A．沿着水平面滚动的小球，会越来越慢，最后停下来，亚里士多德认为这是摩擦阻力作用的结果
B．英国科学家牛顿发现了万有引力定律，并用实验方法测出万有引力常量
C．哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，确定行星以椭圆轨道绕太阳运行
D．太阳内部发生的核反应是热核聚变反应
2．下列核反应方程中属于聚变反应的是（ ）
A． B．
C． D．
3．关于近代物理，下列说法错误的是
A．α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构
B．轻核聚变反应方程H＋H→He＋X中，X表示电子
C．分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大
D．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射2种频率的光子
4．下列说法中正确的是________
A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量
B．汤姆生发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构
C．根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云
D．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
5．下列说法中正确的是（ ）
A．普朗克在研究黑体幅射问题时提出了光子说
B．对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于“极限频率”，才能产生光电效应
C．由 可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几天后将有氧气生成
D．由 可知，用能量等于的光子照射静止的氘核时，氘核一定能分解为一个质子和一个中子
6．下列反应方程中，属于衰变的是( )
A． B．
C． D．
7．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．是核聚变方程
C．是核聚变方程
D．是α衰变方程
8．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（ ）
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能是不变的
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．核力是强相互作用的一种表现，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
9．下列核反应中，表达正确的是（ ）
A． 属于裂变
B． 属于人工转变
C． 属于衰变
D． 属于聚变
10．下列说法正确的是( )
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．用加热、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
C．一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为该束光的波长太短
11．大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程是，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u， lu=931MeV/c?。由上述反应方程和数据可知，该反应中的质量亏损为_______u，释放出的能量为_______ MeV(结果保留2位有效数字)。
12．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：
＋→＋X，式中X是某种粒子。已知：、、和粒子X的质量分别为m1＝2．0141u、m2＝3．0161u、m3＝4．0026u和m4＝1．0087u；1u相当于931．5MeV的能量。由上述反应方程和数据可知，粒子X是________；该反应的质量亏损为________（用m1、m2、m3、m4表示）；该反应释放出的能量为________MeV（结果保留3位有效数字）。
13．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．
（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．
（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．
14．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核（）聚变生成1个氦核（）和2个正电子。请你写出此核反应方程；
(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P，光电池的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比？
(3)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了。有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据：太阳的质量约为M0=2×1030kg，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，1年3×107秒。
参考答案
1．D
【解析】
最先提出摩擦阻力改变运动的伽利略，A错误；万有引力常量是卡文迪许最先测出的，B错误；确定行星以椭圆轨道绕太阳运行的科学家是开普勒，C错误；太阳内阻发生的核反应是热核聚变反应，D正确．
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
A反应是聚变反应；B和C反应是原子核的人工转变方程；D反应是重核裂变反应，故A正确，BCD错误.
3．B
【解析】
α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构，选项A正确；根据质量数和电荷数守恒可知，轻核聚变反应方程中，X质量数为1，电荷数为0，表示中子，选项B错误；根据光电效应的规律，分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，因紫光的频率较大，光子能量大，则紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大，选项C正确；基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射=2种频率的光子，选项D正确，此题选项错误的选项，故选B.
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．一个质子和一个中子结合成氘核，这一反应的质量亏损，一定会释放出能量，故A正确；
B．汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，提出了原子的“枣糕式”模型，故B错误；
C．电子没有确定轨道，也不存在电子云；电子云是对电子轨道出现的几率的描述，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能级差，不是任意值，故D错误；
故选A．
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子的概念，爱因斯坦提出了光子说，故A错误；
B．对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于“极限频率”，才能产生光电效应,故B正确；
C．此核反应方程式为卢瑟福发现质子的核反应方程式，卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子，反应需要条件，故C错误；
D．核反应方程不可逆，故D错误；
故选B。
6．AB
【解析】
衰变是自发的，并且伴随着 粒子的产生
A、 是衰变，故A正确；
B、 是衰变，故B正确；
C、，是人工核反应，故C错误；
D、，是核聚变，故D错误；
故选AB
7．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．居里夫妇发现人工放射性的核反应方程为，A正确；
B．为核裂变方程，B错误；
C．是轻核聚变方程，C正确；
D．是发现质子方程，D错误。
故选C。
8．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能，与入射光的频率有关，与光的强度无关，A正确；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内的聚变反应，B正确；
C．半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，C错误；
D．核力是短程力，每个核子只跟邻近的核子发生核力，D正确．
故选ABD。
9．BD
【解析】A反应中不符合质量数守恒，正确的核反应方程是：，属于α衰变，故A错误；B反应是查德威克利用α粒子轰击铍核打出了中子，属于人工转变，故B正确；C反应是裂变反应，选项C错误；D反应是轻核的聚变反应，选项D正确；故选BD.
10．BC
【解析】太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的核聚变，A错误；加热、加压或改变化学状态均不影响元素的半衰期，B正确；一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多产生2种不同频率的光谱，C错误；一束光照射到金属上，不能发生光电效应，是由于该光的频率小，没有达到该金属的极限频率，根据可知频率小，光的波长长，D错误．
11．0.0035 3.3
【解析】
【详解】
[1]“人造太阳”核聚变反应方程是，反应的质量亏损
[2]该反应中释放的能量
【点睛】
本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是千克，在由质能方程求核能时要小心．
12．（或中子） m1＋m2－m3－m4 17．6
【解析】核反应方程＋→＋；质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4；释放的核能ΔE＝Δmc2＝17．6MeV
13．（1）（2）17.6MeV
【解析】（1）由电荷数守恒、质量数守恒得，核反应方程为：，
由质能方程得释放的核能为：△E＝(m1+m2?m3?m4)c2，
若此核能全部以光子形式释放，由△E＝h知γ光子的波长为： ．
（2）质量亏损为：△m=m1+m2-m3-m4=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u，
则释放的能量为：△E=0.0189×931.5MeV=17.6MeV．
点睛：本题考查了爱因斯坦质能方程的基本运用，知道反应前质量大于反应后的质量，结合质量亏损进行求解．
14．(1)；(2)；(3)见解析
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由质量数和电荷数守恒得
(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能是
距太阳中心的r的球面积为，t0时间内照射到电池板上的太阳能量为
联立解得
(3)50亿年太阳辐射的总能量为
根据可知，50亿年太阳损失的总质量为
损失的总质量与太阳质量之比
所以这种说法合理
1．下列关于物理学史实和原理的说法中正确的是
A．沿着水平面滚动的小球，会越来越慢，最后停下来，亚里士多德认为这是摩擦阻力作用的结果
B．英国科学家牛顿发现了万有引力定律，并用实验方法测出万有引力常量
C．哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，确定行星以椭圆轨道绕太阳运行
D．太阳内部发生的核反应是热核聚变反应
2．下列核反应方程中属于聚变反应的是（ ）
A． B．
C． D．
3．关于近代物理，下列说法错误的是
A．α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构
B．轻核聚变反应方程H＋H→He＋X中，X表示电子
C．分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大
D．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射2种频率的光子
4．下列说法中正确的是________
A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量
B．汤姆生发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构
C．根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云
D．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
5．下列说法中正确的是（ ）
A．普朗克在研究黑体幅射问题时提出了光子说
B．对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于“极限频率”，才能产生光电效应
C．由 可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几天后将有氧气生成
D．由 可知，用能量等于的光子照射静止的氘核时，氘核一定能分解为一个质子和一个中子
6．下列反应方程中，属于衰变的是( )
A． B．
C． D．
7．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．是核聚变方程
C．是核聚变方程
D．是α衰变方程
8．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（ ）
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能是不变的
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．核力是强相互作用的一种表现，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
9．下列核反应中，表达正确的是（ ）
A． 属于裂变
B． 属于人工转变
C． 属于衰变
D． 属于聚变
10．下列说法正确的是( )
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．用加热、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
C．一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为该束光的波长太短
11．大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程是，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u， lu=931MeV/c?。由上述反应方程和数据可知，该反应中的质量亏损为_______u，释放出的能量为_______ MeV(结果保留2位有效数字)。
12．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：
＋→＋X，式中X是某种粒子。已知：、、和粒子X的质量分别为m1＝2．0141u、m2＝3．0161u、m3＝4．0026u和m4＝1．0087u；1u相当于931．5MeV的能量。由上述反应方程和数据可知，粒子X是________；该反应的质量亏损为________（用m1、m2、m3、m4表示）；该反应释放出的能量为________MeV（结果保留3位有效数字）。
13．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．
（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．
（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．
14．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核（）聚变生成1个氦核（）和2个正电子。请你写出此核反应方程；
(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P，光电池的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比？
(3)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了。有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据：太阳的质量约为M0=2×1030kg，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，1年3×107秒。
参考答案
1．D
【解析】
最先提出摩擦阻力改变运动的伽利略，A错误；万有引力常量是卡文迪许最先测出的，B错误；确定行星以椭圆轨道绕太阳运行的科学家是开普勒，C错误；太阳内阻发生的核反应是热核聚变反应，D正确．
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
A反应是聚变反应；B和C反应是原子核的人工转变方程；D反应是重核裂变反应，故A正确，BCD错误.
3．B
【解析】
α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构，选项A正确；根据质量数和电荷数守恒可知，轻核聚变反应方程中，X质量数为1，电荷数为0，表示中子，选项B错误；根据光电效应的规律，分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，因紫光的频率较大，光子能量大，则紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大，选项C正确；基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射=2种频率的光子，选项D正确，此题选项错误的选项，故选B.
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．一个质子和一个中子结合成氘核，这一反应的质量亏损，一定会释放出能量，故A正确；
B．汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，提出了原子的“枣糕式”模型，故B错误；
C．电子没有确定轨道，也不存在电子云；电子云是对电子轨道出现的几率的描述，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能级差，不是任意值，故D错误；
故选A．
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子的概念，爱因斯坦提出了光子说，故A错误；
B．对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于“极限频率”，才能产生光电效应,故B正确；
C．此核反应方程式为卢瑟福发现质子的核反应方程式，卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子，反应需要条件，故C错误；
D．核反应方程不可逆，故D错误；
故选B。
6．AB
【解析】
衰变是自发的，并且伴随着 粒子的产生
A、 是衰变，故A正确；
B、 是衰变，故B正确；
C、，是人工核反应，故C错误；
D、，是核聚变，故D错误；
故选AB
7．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．居里夫妇发现人工放射性的核反应方程为，A正确；
B．为核裂变方程，B错误；
C．是轻核聚变方程，C正确；
D．是发现质子方程，D错误。
故选C。
8．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能，与入射光的频率有关，与光的强度无关，A正确；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内的聚变反应，B正确；
C．半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，C错误；
D．核力是短程力，每个核子只跟邻近的核子发生核力，D正确．
故选ABD。
9．BD
【解析】A反应中不符合质量数守恒，正确的核反应方程是：，属于α衰变，故A错误；B反应是查德威克利用α粒子轰击铍核打出了中子，属于人工转变，故B正确；C反应是裂变反应，选项C错误；D反应是轻核的聚变反应，选项D正确；故选BD.
10．BC
【解析】太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的核聚变，A错误；加热、加压或改变化学状态均不影响元素的半衰期，B正确；一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多产生2种不同频率的光谱，C错误；一束光照射到金属上，不能发生光电效应，是由于该光的频率小，没有达到该金属的极限频率，根据可知频率小，光的波长长，D错误．
11．0.0035 3.3
【解析】
【详解】
[1]“人造太阳”核聚变反应方程是，反应的质量亏损
[2]该反应中释放的能量
【点睛】
本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是千克，在由质能方程求核能时要小心．
12．（或中子） m1＋m2－m3－m4 17．6
【解析】核反应方程＋→＋；质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4；释放的核能ΔE＝Δmc2＝17．6MeV
13．（1）（2）17.6MeV
【解析】（1）由电荷数守恒、质量数守恒得，核反应方程为：，
由质能方程得释放的核能为：△E＝(m1+m2?m3?m4)c2，
若此核能全部以光子形式释放，由△E＝h知γ光子的波长为： ．
（2）质量亏损为：△m=m1+m2-m3-m4=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u，
则释放的能量为：△E=0.0189×931.5MeV=17.6MeV．
点睛：本题考查了爱因斯坦质能方程的基本运用，知道反应前质量大于反应后的质量，结合质量亏损进行求解．
14．(1)；(2)；(3)见解析
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由质量数和电荷数守恒得
(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能是
距太阳中心的r的球面积为，t0时间内照射到电池板上的太阳能量为
联立解得
(3)50亿年太阳辐射的总能量为
根据可知，50亿年太阳损失的总质量为
损失的总质量与太阳质量之比
所以这种说法合理
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