1、17、8 核聚变 粒子和宇宙基础巩固1.(多选)关于聚变,以下说法正确的是( )A.两个氘核可以聚变成一个中等质量的原子核,同时释放出能量B.同样质量的物质发生核聚变反应时放出的能量比同样质量的物质发生核裂变反应时释放的能量大得多C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应的原子核必须有足够大的动能答案 BD2.(多选)下列关于聚变的说法正确的是( )A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温,因此聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温,所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应,在地球内部
2、也可以自发地进行解析 轻核聚变时,要使轻核之间距离达到 10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功,A 正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近到核力发生作用的范围,实验证实,原子核的温度必须达到几百万开尔文时才有这样的能量,这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得,故 B、C 正确;在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应,但在地球内部不会自发地进行,D 错误。答案 ABC3.关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是( )A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增大解
3、析 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多,故 A 错误;由于聚变反应中释放出巨大能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故 C、D 错误。答案 B4.原子核聚变可给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量。这几种反应的总效果可以表示为 H He+ H+ n+43.15 MeV,由621 k42 d11 210平衡条件可知( )A.k=1,d=4 B.k=2,d=2C.k=1,d=6 D.k=2,d=3解析 由质量数守恒和电荷数守恒,分别有 4k+d=10,2k+d=6,解得 k=2,d=2。正确选项为 B。答案 B5.利用氦
4、3 He)和氘进行的聚变反应安全无污染,容易控制。月球上有大量的氦 3,每个航天大国都(32将获取氦 3 作为开发月球的重要目标之一。“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估2月壤中氦 3 的分布和储量。已知两个氘核聚变生成一个氦 3 和一个中子的核反应方程是: He221H 32n+3.26 MeV,若有 2 g 氘全部发生聚变,则释放的能量是( NA为阿伏加德罗常数)( )+10A.0.53.26 MeV B.3.26 MeVC.0.5NA3.26 MeV D.NA3.26 MeV解析 2 g 氘核的摩尔数 n= mol=1 mol,因为 2 个氘核聚变可放出 3.26 MeV 的能
5、量,所以 2 g 氘核22全部发生聚变时释放的能量为 0.5NA3.26 MeV,故 C 正确,其他选项错误。答案 C6.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量 mH=1.007 3 u,中子质量 mn=1.008 7 u,氚核质量 m=3.018 0 u。(1)写出聚变方程。(2)求释放出的核能多大?(3)求平均每个核子释放的能量是多大?解析 (1)聚变方程 H+ H:11 210n 31(2)质量亏损 m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u释放的核能 E= mc2=0.006 7931.5 MeV6 .24 MeV(3)一
6、共有三个核子,平均每个核子放出的能量为 E= =2.08 MeV En=6.24MeV3答案 (1 H+ H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV)11 210n 317.已知氘核质量为 2.013 6 u,中子质量为 1.008 7 u He 核的质量为 3.015 0 u。两个速率相等的,32氘核对心碰撞聚变成 He 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 1 u 时,释 32放的能量为 931.5 MeV。除了计算质量亏损外 He 的质量可以认为是中子的 3 倍)若测得反应后生,32成中子的动能是 3.12 MeV,则反应前每个氘核的动能是多少 MeV?解析
7、 核反应方程为 He n :21H+21H 32 +10质量亏损为 m=2.013 62 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u 释放的核能为 E= mc2=0.003 5931.5 MeV=3.26 MeV 设中子和 He 核的质量分别为 m1、 m2,速度分别为 v1、 v2。反应前每个氘核的动能是 E0,反应 32后中子和 He 核动能分别为 E1、 E2,根据动量守恒定律, 得 m1v1-m2v2=0 又 E= ,所以 =3 32p22m E1E2=m2m1E2= =1.04 MeVE13由能量的转化和守恒定律,得 E1+E2=2E0+ E E0=0.45
8、MeV答案 均为 0.45 MeV能力提升31.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是( )A He n.21H+31H 42 +10B He H.147N+42 178O+11C He Al n.42 +2713 3015P+10D Ba Kr+ n.23592U+10n 14456 +8936 310解析 A 项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程,B 项是用 粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程,C 项属于原子核的人工转变,D 项属于重核的裂变,因此只有 A 项符合要求。答案
9、 A2.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是H n。已知 H 的质量为 2.013 6 u He 的质量为 3.015 0 u n 的质量为 1.008 :21H+21 32He+10 21 ,32 ,107 u,1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV解析 氘核聚变反应的质量亏损为 m=22.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,释放的核能为 E= mc2=0.003 5931 MeV/c2c23 .3 M
10、eV,选项 B 正确。答案 B3.(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线,下列判断正确的有( )A He 核的结合能约为 14 MeV.42B He 核比 Li 核更稳定.42 63C.两个 H 核结合成 He 核时释放能量 21 42D U 核中核子的平均结合能比 Kr 核中的大.23592 8936解析 由题图可知 He 的比结合能为 7 MeV,因此它的结合能为 7 MeV4=28 MeV,A 项错误;比结合能,42越大,表明原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,结合题图可知 B 项正确;两个比结合能小的H 核结合成比结合能大的 He 时,会释放能量,C 项正确;由题图可知
11、U 的比结合能(即平均结 21 42 ,23592合能)比 Kr 的小,D 项错误。 8936答案 BC4.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,核反应方程为 He He Be+。以 42 +42 84下说法正确的是( )A.该核反应为裂变反应4B.热核反应中有质量亏损,会放出巨大能量C.由于核反应中质量数守恒,所以质量也是守恒的D.任意原子核内的质子数和中子数总是相等的解析 该核反应为聚变反应,故 A 错误;裂变和聚变都会有质量亏损,都会放出巨大的能量,故 B 正确;核反应中质量数守恒,质量不守恒,故 C 错误;原子核内的质子数和中子数不一定相等,故 D 错误。答案 B5.(多选
12、)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X+Y He 42H+4.9 MeV 和 He+X+17.6 MeV,下列表述正确的有( )+31 21H+31H 42A.X 是中子B.Y 的质子数是 3,中子数是 6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应解析 核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒,则由 He+X+17.6 MeV 知 X 为 n,由 21H+31H 42 10X+ He H+4.9 MeV 知 Y 为 Li,其中 Y 的质子数是 3,中子数也是 3,选项 A 正确、选项 B 错误;两Y 42 +31 63个核反应都释放出核能,故
13、都有质量亏损,选项 C 错误;X+ He H+4.9 MeV 是原子核的人工转Y 42 +31变 H+ He n+17.6 MeV 为轻核聚变,选项 D 正确。,21 31H 42 +10答案 AD6.(多选)如下的说法中,正确的是( )A He n 是轻核聚变反应.21H+31H 42 +10B. 衰变说明了原子核中有电子C.光电效应说明了光具有粒子性D. 射线可用来消除静电解析 He n 是轻核聚变反应,太阳辐射能量来自于轻核的聚变,故 A 正确; 衰变是 21H+31H 42 +10中子转变成质子而放出的电子,故 B 错误;光电效应说明了光具有粒子性,故 C 正确; 射线是高能光子,即高
14、能电磁波,它是不带电的,所以 射线的电离作用很弱,故 D 错误。答案 AC7.用速度大小为 v 的中子轰击静止的锂核 Li),发生核反应后生成氚核和 粒子。生成的氚核速(63度方向与中子的初速度方向相反,氚核与 粒子的速度之比为 7 8,中子的质量为 m,质子的质量可近似看作 m,光速为 c。(1)写出核反应方程;(2)求氚核和 粒子的速度大小;(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为 粒子和氚核的动能,求质量亏损。解析 (1)由题意可得,核反应方程为Li He。 10n+63 31H+42(2)由动量守恒定律得mv=-3mv1+4mv2由题意得 v1v 2=7 8解得 v1= v,v2= v。711 8115(3)氚核和 粒子的动能之和为Ek= 3m 4m mv212 v12+12 v22=403242释放的核能为 E=Ek-Ekn= mv2- mv2= mv240324212 141121由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为 m= 。 Ec2=141mv2121c2答案 (1 Li He)10n+63 31H+42(2) v v (3)711 811 141mv2121c26
