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2019-2020年高中物理 第19章 第7節(jié) 核聚變練習 新人教版選修3-5 1．核聚變——熱核反應． (1)聚變：輕核結合成質量較大的核的反應過程稱為聚變，聚變伴隨釋放大量的核能，典型聚變的核反應方程為： (2)熱核反應． ①為了使輕核聚合，必須給它加熱到很高溫度(幾百萬度以上)，使原子核獲得很大的動能，這樣才能使原子核克服正電荷間巨大的庫侖斥力，進入范圍內，發(fā)生聚變，所以聚變反應也稱熱核反應，熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它們能量，而靠自身釋放的能量把反應進行下去． ②熱核反應過程十分激烈，氫彈就是利用熱核反應制造的一種大規(guī)模殺傷性武器． ③熱核反應在宇宙中是很普遍的，太陽內部和許多恒星內部，溫度高達以上，熱核反應在那里激烈地進行著，太陽每秒鐘輻射出來的能量約為3.8，就是熱核反應產生的． 2．受控熱核反應． (1)聚變反應和裂變反應相比之優(yōu)點． ①聚變反應產能效率高，即相同質量的核燃料，聚變比裂變反應放出的核能多． ②聚變反應燃料豐富，即核反應所用的燃料——氘，在地球上儲量非常豐富.1 L海水中大約有0.03 g氘，如果用來進行熱核反應，放出的能量約和燃燒300 L汽油相當． ③核廢料易處理，核反應產生的放射性廢料較少，處理起來比較簡單，而裂變時產生的放射性物質，處理起來比較困難． (2)可控熱核反應． ①控制熱核反應的難點是，地球上沒有任何容器能經受如此高的溫度，所以目前可控熱核反應還處于探索、實驗階段． ②目前科學家采用兩種方法“約束”聚變材料：磁約束和慣性約束． ③“中國環(huán)流器一號”和“中國環(huán)流器新一號”是我國研究可控熱核反應的實驗裝置． 1. 我國自行設計、研制的世界上第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成第一次工程調試．下列關于“人造太陽”說法正確的是(C) A．“人造太陽”核聚變的核反應方程是 ，其中X是中子 B．“人造太陽”核聚變的核反應方程是＋，其中X是質子 C．“人造太陽”核聚變的核反應方程是，其中X是中子 D．“人造太陽”核聚變的核反應方程是，其中X是質子 解析：處于實驗階段的核聚變都是氘核和氚核進行的核聚變反應，根據質量數與質子數守恒，從而即可求解．人造太陽的核聚變是氘核和氚核進行的核聚變反應，即是，根據質量數與質子數守恒可知，X是，即為中子，而核反應方程，是裂變反應，其中X是中子，故C正確，ABD錯誤． 2．現在太陽向外輻射的能量是由于太陽內部氫聚變產生的，大約在40億年以后太陽內部將會啟動另一種核反應，其核反應方程為：，那時太陽向外輻射的能量是由上述兩種核反應產生的．已知42He的質量為m1，12 6C的質量為m2，則下列判斷正確的是(A) 解析：由于發(fā)生上述核聚變時釋放核能，根據愛因斯坦質能方程，可知該反應存在質量虧損，所以，即選項A正確． 3. (多選)月球土壤里大量存在著一種叫做“氦3()”的化學元素，將可作為地球發(fā)電燃料．即利用氘和氦3發(fā)生核聚變反應產生一個質子和一個新核，釋放能量進行發(fā)電．關于“氦3”與氘核聚變反應，下列說法中正確的是(AD) A．生成的新核是 B．釋放能量，出現質量虧損，所以生成物的總質量數減少 C．目前核電站普遍利用的就是這種核聚變反應 D．核聚變反應需要一定條件才能發(fā)生，如高溫、高壓 解析：根據電荷數守恒和質量數守恒寫出聚變后的產物．在核反應中質量數守恒．輕核聚變在高溫、高壓下才可以發(fā)生. .故A正確；釋放能量，出現質量虧損，但是質量數仍然守恒．故B錯誤；核電站普遍利用重核裂變．故C錯誤；輕核聚變在高溫、高壓下才可以發(fā)生．故D正確． 4．(多選)下列說法正確的是(BD) 解析：核反應類型分四種，核反應方程的特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反應，右邊是中等質量的原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應，右邊是中等質量的原子核．人工核轉變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項正確． 5．下面是一核反應方程：.用c表示光速，則(D) A．X是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘以 B．X是中子，核反應放出的能量等于中子質量乘以 C．X是質子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和，再乘以 D．X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子質量和，再乘以 解析：由質量數守恒及核電荷數守恒定律可得X為10n(中子)，再據質能方程可得核反應放出的能量為反應前后質量虧損與的乘積，故D項正確． 6．關于核聚變，以下說法不正確的是(B) A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔 B．世界上已經有利用核聚變能來發(fā)電的核電站 C．要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到以內，核力才能起作用 D．地球聚變燃料的儲量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核 解析：與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理．但核聚變發(fā)電還沒有投入實際運行．所以B項是不正確的． 7. “質子—質子”循環(huán)發(fā)生的核反應被認為是恒星能量的一種可能來源，具體的一個循環(huán)過程是這樣的：兩個質子()發(fā)生聚變，生成一個氘核()，生成的氘核()再與一個質子()聚變生成一個氦核()，接下來兩個氦核()發(fā)生聚變，生成氦的同位素()同時再產生兩個質子()，這兩個質子()再度發(fā)生聚變…進入下一個循環(huán)反應，成為恒星不竭之能量源泉．對于這種“質子—質子”循環(huán)發(fā)生的核反應，則下列說法正確的是(A) 解析：解答本題的關鍵是理解書寫核反應方程的原則：質量數和電荷數守恒．由題意可知兩個質子()發(fā)生聚變反應的產物之一為，故根據質量數和電荷數守恒可知該反應為：，故A正確，B錯誤；將題中敘述的幾個反應結合可得：即為一個完整的“質子－質子”循環(huán)核反應，故CD錯誤． 8. 太陽以“核燃燒”的方式向外界釋放能量，這種燃燒過程使太陽的“體重”每秒鐘減少400萬噸，這里“核燃燒”是指(B) A．重核裂變 B．輕核聚變 C．原子能級躍遷 D．衰變 解析：太陽內部進行的輕核聚變，又稱熱核反應．太陽以“核燃燒”的方式向外界釋放能量，這種燃燒過程使太陽的“體重”每秒鐘減少400萬噸，這里“核燃燒”是指輕核聚變．故B正確，A、C、D錯誤． 9. 下列說法中正確的是(A) A．太陽輻射的能量主要來自太陽內部的熱核反應 B．玻爾氫原子理論是依據天然放射現象分析得出的 C．只要有核反應發(fā)生，就一定會釋放出核能 D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，電勢能增大，原子的總能量不變 解析：太陽輻射的能量主要來自太陽內部的熱核反應；玻爾理論是在氫原子光譜現象的基礎上提出的；在核反應中，可能吸收能量，可能釋放能量．通過電子軌道半徑的變化，通過庫侖引力通過向心力，得出電子動能的變化，通過原子能量的變化得出電勢能的變化．太陽輻射的能量主要來自太陽內部的熱核反應．故A正確；玻爾理論是在氫原子光譜現象的基礎上提出的．故B錯誤；在核反應中，當反應前的質量大于反應后的質量，釋放核能，當反應前的質量小于反應后的質量，吸收能量．故C錯誤；氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，原子能量增大，根據k＝m，知電子動能減小，則電勢能增大．故D錯誤． 10．假設兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應生成氦的同位素和中子，已知氘核的質量是2.013 6 u，中子的質量是1.008 7 u，氦核同位素的質量是3.015 0 u. (1)聚變的核反應方程式是______________，在聚變核反應中釋放出的能量為________MeV.(保留兩位有效數字) (2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應方程式為，已知各核子比結合能分別為，試求此核反應過程中釋放的核能． 解析：(1)根據題中條件，可知核反應方程式為： . 核反應過程中的質量虧損： 由于1 u的質量與931.5 MeV的能量相對應，所以氘核聚變時放出的能量： ΔE＝3.510－3931.5≈3.3 (MeV)． (2) 分解成7個核子所需的能量為： E1＝31.112＋47.075＝31.636 (MeV)， 7個核子結合成73Li，釋放的能量為： E2＝75.603＝39.221 (MeV)， 所以此核反應過程中釋放的核能為： ΔE＝E2－E1＝39.221－31.636 ＝7.585 (MeV)． 答案： 　3.3 (2)7.585 MeV 11．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為： ，式中X是某種粒子． 已知：和粒子X的質量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/，c是真空中的光速．由上述反應方程和數據可知，粒子X是__________，該反應釋放出的能量為________MeV.(結果保留3位有效數字) 答案：10n(或中子)　17.6