課時(shí)提升作業(yè) 十三 核聚變(30分鐘50分)一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分)1.(多選)太陽每秒輻射出來的能量約為3.81026J,這些能量是在()A.重核的裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的B.輕核的聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的C.原子核的衰變反應(yīng)中產(chǎn)生的D.熱核反應(yīng)中產(chǎn)生的【解析】選B、D。由于太陽的主要成分是氫,它釋放出的巨大能量來源于氫核的聚變反應(yīng).這一反應(yīng)又叫熱核反應(yīng),故B、D正確。2.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3),它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程為HeHeHHe。關(guān)于He聚變,下列表述中正確的是()A.聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C.聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電【解析】選B。聚變反應(yīng)釋放的能量很大,故有質(zhì)量虧損,A、C錯(cuò)誤。由反應(yīng)方程式可知聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核,B正確。目前人們還不能有效地控制聚變的反應(yīng)速度,核電站利用的是核裂變,D錯(cuò)誤。3.(多選)關(guān)于核能的利用,下列說法正確的是()A.我國已建成并投入使用的核電站既有重核裂變,又有輕核聚變釋放大量原子能B.核電站對(duì)環(huán)境的污染比燃煤發(fā)電小C.目前核電站的危害主要是核燃料具有放射性D.核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低廉的核反應(yīng)【解析】選B、C、D。目前還沒有用聚變來發(fā)電,核電站利用的是重核裂變,A錯(cuò)誤;核電站不排放二氧化碳,氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵,有利于環(huán)境保護(hù),B正確;但用于核電站的燃料鈾及廢棄物具有放射性,對(duì)人體和環(huán)境都有危害,C正確;輕核聚變無放射性,且海水含有大量的氘,D正確。4.(多選)在某些恒星內(nèi),3個(gè)粒子結(jié)合成一個(gè)CC原子的質(zhì)量是12.000 0 uHe原子的質(zhì)量是4.002 6 u,已知1 u=1.6610-27kg,則()A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m=0.0078uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m=1.2910-29kgC.反應(yīng)過程中放出的能量是7.27 MeVD.反應(yīng)過程中放出的能量是1.1610-19J【解析】選A、B、C。核反應(yīng)方程為HeC,質(zhì)量虧損m=34.0026u- 12.0000u=0.0078u。A正確。m=0.00781.6610-27kg=1.2910-29kg,B正確。E=0.0078931.5MeV=7.27MeV,C正確。E=7.271061.610-19J=1.1610-12J,D錯(cuò)誤。5.分析圖片,下列說法中正確的是()A.質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量B.質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量C.氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量D.質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)要吸收能量【解析】選C。由題圖知,若要將氘核拆散為分散的質(zhì)子和中子需要吸收能量;反之,要把分散的核子結(jié)合成原子核,就會(huì)放出能量,故C正確,D錯(cuò)誤.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量,故A、B錯(cuò)誤。6.要使兩個(gè)氘核發(fā)生聚變,必須使它們之間的距離接近到r0,也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍。物質(zhì)溫度很高時(shí),氘原子將變?yōu)榈入x子體,等離子體的分子平均動(dòng)能為Ek=k1T,k1為玻爾茲曼常數(shù),T為熱力學(xué)溫度,兩個(gè)氘核之間的電勢(shì)能Ep=,r0為電荷之間的距離,則氘核聚變時(shí)的溫度至少為()A.B.C.D.【解題指南】解答本題要明確以下兩點(diǎn):(1)兩氘核在沒有達(dá)到核力作用距離之前,只有庫侖力做功。(2)電勢(shì)能是兩個(gè)氘核間的電勢(shì)能,所以兩個(gè)氘核的動(dòng)能和電勢(shì)能之和不變?！窘馕觥窟xC。由能量守恒知,要使氘核發(fā)生聚變,需2,所以T,故C正確。二、非選擇題(本大題共2小題,共20分)7.(10分)我國在核聚變研究領(lǐng)域處于世界先進(jìn)行列,在實(shí)驗(yàn)中觀察到有下列4種核反應(yīng):HHHen+3.25MeV;HHHH+4.00MeV;HHHen+17.5MeV;HHeHeH+18.3MeV。已知在實(shí)際發(fā)生核聚變時(shí),上述4種反應(yīng)的概率相同,其原料直接或間接都是氘核,而氘核在地球上的儲(chǔ)量非常豐富,每升海水中大約有0.030g氘,那么1L海水中的氘全部發(fā)生聚變釋放的總能量為多少?(NA取6.021023mol-1)【解析】由于發(fā)生4種反應(yīng)的概率相同,將4個(gè)核反應(yīng)相加得總反應(yīng)為HHe+n+H+43.05MeV1mol氘全部聚變釋放的能量為E=MeV=6.911011J每升海水中所含的氘為0.030g,釋放的總能量應(yīng)為E=E=1.041010J答案:1.041010J8.(10分)已知氘核質(zhì)量為2.0136u,中子質(zhì)量為1.0087uHe核的質(zhì)量為3.0150u。兩個(gè)速率相等的氘核對(duì)心碰撞聚變成He并放出一個(gè)中子,釋放的核能也全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(質(zhì)量虧損為1u時(shí),釋放的能量為931.5MeV。除了計(jì)算質(zhì)量虧損外He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方程式。(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少?(3)若測(cè)得反應(yīng)后生成中子的動(dòng)能是3.12MeV,則反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是多少M(fèi)eV?【解析】(1)核反應(yīng)方程為HHHen(2)質(zhì)量虧損為:m=2.013 62u-(3.015 0u+1.008 7u)=0.0035u,釋放的核能為:E=m931.5MeV=0.0035931.5MeV=3.26MeV(3)設(shè)中子和He核的質(zhì)量分別為m1、m2,速度分別為v1、v2.反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是E0,反應(yīng)后中子和He核動(dòng)能分別為E1、E2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,得m1v1-m2v2=0,=3,E2=E1/3=1.04MeV。由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律,得E1+E2=2E0+E,E0=0.45MeV。答案:(1HHHen(2)3.26MeV(3)0.45MeV【總結(jié)提升】核反應(yīng)中的能量守恒問題(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程式.(2)根據(jù)E=mc2計(jì)算釋放核能.(3)看有無光子產(chǎn)生,如果沒有,核反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能,利用動(dòng)量守恒和能量守恒求解。