最新人教版高中物理选修3-5：19.7 核聚变 8 粒子和宇宙 知识点总结及课时练习

7核聚变8粒子和宇宙

记一记

核聚变粒子和宇宙知识体系

1种模型——夸克模型

1个核反应——轻核聚变

3种粒子——强子、轻子、媒介子

辨一辨

1.核聚变时吸收能量．(×)

2．核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．(√)

3．热核反应主要用在核武器上，那就是原子弹．(×)

4．轻核聚变比裂变更安全、清洁．(√)

5．实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．(√)

6．现在已经实现了技术突破，能够稳定地输出聚变能．(×)

想一想

1.核聚变需要满足什么条件？

提示：必须使核之间的距离达到10－15 m以内．

2．为什么要用原子弹才能引爆氢弹？

提示：由原子弹爆炸产生的高温引发氢弹的热核反应．

3．为什么现在将“基本”二字去掉，统称为粒子？

提示：原来发现的基本粒子都是由更基本的粒子组成，现在发现的粒子也可能会被证实会由其他粒子组成，所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子．

4．为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？

提示：夸克模型是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．

思考感悟：

练一练

1.发生轻核聚变的方法是()

A．用中子轰击

B．保持室温环境，增大压强

C．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温

D．用γ光子照射

解析：轻核聚变需要几百万摄氏度以上，使核子间的距离达到10－15 m以内，核力发生作用发生聚变反应，选项C正确．答案：C

2．[2017·天津卷]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.21H＋31H→42He＋10n

B.14 7N＋42He→17 8O＋11H

C.42He＋2713Al→3015P＋10n

D.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n

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α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 项正确．

答案：A

3．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则τ子的运动方向()

A．一定与μ子的方向相同

B．一定与μ子的方向相反

C．一定与μ子在同一直线上

D．不一定与μ子在同一直线上

解析：中微子衰变成μ子和τ子的过程中满足动量守恒定律，μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则τ子的运动方向必定也在这条直线上．故选项C正确．

答案：C

4．如下一系列核反应是恒星内部发生的．

p＋12 6C→13 7N

13

7N→13 6C＋e＋＋ν

p＋13 6C→14 7N

p＋14 7N→15 8O

15

8O→15 7N＋e＋＋ν

p＋15 7N→12 6C＋α

其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．已知质子的质量为m p＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量为mα＝6. 644 929×10－27 kg，正电子的质量为m e＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×108 m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量．

解析：为求出系列反应完成后释放的能量，将题中所给的核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p→α＋2e＋＋2ν

设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得

4m p c2＝mαc2＋2m e c2＋Q

代入数值可得Q＝3.95×10－12 J.

答案：3.95×10－12 J

要点一核聚变的特点及应用

1.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．聚变反应中平均每个核子释放的能量一定比裂变反应的大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，则比结合能一定变大，质量发生亏损，

故C、D错误．

答案：B

2．[2019·安徽合肥模拟]2018年11月12日，中科院等离子体研究所发布消息，我国“人造太阳”项目获得重大突破，首次实现加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300千焦，在电子回旋与低杂波协同加热下，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度．“人造太阳”的主要核反应方程是21H＋31H→42He＋10n，关于该反应下列说法正确的是()

A．该反应为链式反应

B．该反应为热核反应

C．该反应过程吸收热量

D.42He的比结合能比31H、21H的比结合能都小

解析：该反应为聚变反应，又称为热核反应，A错误，B正确；该反应过程放出热量，C错误；比结合能越大原子核越稳定，4

2He的比结合能比31H、21H的比结合能都大，D错误．

答案：B

3．[2019·湖北荆州模拟]原子核聚变可望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．这几种反应总的效果可以表示为

621H→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV

由此可知()

A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2

C．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＋2＝12,2k ＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正确选项为B.

答案：B

4．[广东高考](多选)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→42He＋31H＋4.9 MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有() A．X是中子

B．Y的质子数是3，中子数是6

C．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