高中物理 197.8 活页规范训练 新人教版选修35

核聚变粒子和宇宙
(时间：60分钟)
难度及题号
考查知识点及角度
基础中档稍难对核聚变的理解1、2、3、4
对粒子的认识5、67
计算核聚变的核能8、9、1011、12
综合提升13、14
知识点一对核聚变的理解
1．关于核聚变，以下说法不正确的是 ( )．A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．答案 B
2．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．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
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，故反应后质量增加
解析在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误、B正确；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 B
3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内 部进行着剧烈地 ( )．
A ．衰变反应
B ．人工核反应
C ．裂变反应
D ．热核反应
解析 太阳的内部时刻都在进行着轻核的聚变，即热核反应．
答案 D
4．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是( )．
A ．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损
B ．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加
C ．裂变过程和聚变过程都有质量增加
D ．裂变过程和聚变过程都有质量亏损
解析 重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损．
答案 D
知识点二 对粒子的认识
5．下列所述正确的是 ( )．
A ．强子是参与强相互作用的粒子
B ．轻子是不参与强相互作用的粒子
C ．目前发现的轻子只有8种
D ．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋23或－13
解析 强子是参与强相互作用的粒子，轻子是不参与强相互作用的粒子，故选项A 、B 正
确．强子由夸克组成，夸克有6种．它们的带电荷量分别为＋23e 或－13
e .故选项D 正确，目前能发现的轻子只有6种，故选项C 错误．
答案 ABD
6．现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成
的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为 ( )．
A ．－4，－2
B ．4，－2
C ．－4，2
D ．4，2
解析 因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2.故只有B 选项正确，其他选项都不符合实际．
答案 B
7．关于粒子，下列说法正确的是 ( )．
A ．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B ．强子都是带电的粒子
C ．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D ．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单元
解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成的强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A 、B 错误；夸克模型是研究强子结构的理论，
不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e 3
，说明电子电荷不再是电荷的最小单元，故C 错误、D 正确．
答案 D
知识点三 计算核聚变的核能
8．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV 的能量，当三
个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV 的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为 ( )．
A ．21.04 MeV
B ．35.56 MeV
C ．77.64 MeV
D ．92.16 MeV
解析 6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV ＝84.9 MeV ，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV 能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV ＋7.26 MeV ＝92.16 MeV.
答案 D
9．氘和氚发生聚变反应的方程式是21H ＋31H →42He ＋10n ＋17.6 MeV ，若有2 g 氘和 3 g 氚全部发生聚变，N A 为阿伏加德罗常数，则释放的能量是 ( )．
A ．N A ×17.6 MeV
B ．5N A ×17.6 MeV
C ．2N A ×17.6 MeV
D ．3N A ×17.6 MeV
解析 由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV 能量和1个中
子，则1 mol 的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol 氦核时释放的能量为ΔE ＝N A ×17.6 MeV. 答案 A
10．(2013·朝阳区高二检测)北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是
( )．
A.31H ＋21H ―→42He ＋1
0n
B.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H
C.235 92U ＋10n ―→136 54Xe ＋9038Sr ＋1010n
D.238 92U ―→234 90Th ＋42He
解析 太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A 正确；B 项中为实现原子核人工转变的反应．C 项中为重核裂变，D 项中为α衰变，均不属聚变反应．故B 、C 、D 不正确． 答案 A
11．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106 eV 的能量， 写出核反应方程，并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．
解析 该反应的核反应方程为：411H ―→42He ＋2 0＋1e ，由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为
E 0＝2.8×1064
eV ＝7×105 eV 1 g 氢核(即1 mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个
应释放出的总能量E 为： E ＝7×105×6.0×1023 eV ＝4.2×1029 eV ＝6.72×1010 J.
答案 见解析
12．为了验证爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2
，设计了下面的实验：用动能E 1＝0.9 MeV 的质子去轰击静止的锂核73Li ，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E ＝19.9 MeV.(质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.007 3 u 、7.016 u 、4.001 5 u)
(1)写出该核反应方程式；
(2)计算核反应过程中释放的能量ΔE ；
(3)通过计算说明ΔE ＝Δmc 2的正确性．
解析 可先计算核反应过程中的质量亏损Δm ，再根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量ΔE ，并建立一个理想模型．释放的能量全部转化为系统的动能，计算出核反应中系统的动能的增加量E －E 1.在误差允许的范围内，只要释放的能量ΔE 与系统的动
能的增加量E－E1近似相等，即可说明ΔE＝Δmc2是正确的．
(2)核反应过程中的质量亏损
Δm＝(1.007 3＋7.016 0－2×4.001 5) u＝0.020 3 u.
根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量．
ΔE＝0.020 3×931.5 MeV＝18.9 MeV.
(3)由实验知反应前后系统增加的动能是
E－E1＝(19.9－0.9) MeV＝19.0 MeV.
这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等，证明了方程ΔE＝Δmc2是正确的．
答案(1)11H＋73Li―→242He (2)18.9 MeV (3)见解析
13．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是 ( )．
A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
解析氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2 MeV，故D对，B、C错．
答案AD
14．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量m D＝2.013 6 u，氦核质量m He＝3.015 0 u，中子质量m n＝1.008 7 u.
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为E k0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能
全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析 (1)核反应方程为：21H ＋21H ―→10n ＋3
1He.
设反应质量亏损Δm ＝2m D －m He －m n ＝0.003 5 u.
由质能方程得释放核能ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV ＝3.26 MeV.
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0＝m He v He ＋m n v n ，①
由能量守恒有：12m He v 2He ＋12m n v 2
n ＝ΔE ＋2E k0.②
由①②代入数据可得E kHe ＝0.99 MeV ，
E kn ＝2.97 MeV.。