高中物理-核聚变课后练习

高中物理-核聚变课后练习

基础达标

1.核反应方程如下：

①n C He Be 101264294+→+ ②He H H 421131→++能量 ③

n x Xe Sr n U 1013854138381023592++→+

④He O y F 42168199+→+ 对于以上反应方程,下面说法中正确的是…( )

A.①是原子核的人工转变核反应方程

B.②是链式反应方程

C.③是核裂变方程,其中x=10

D.④是α衰变方程,其中y 是质子

解析：用α粒子轰击铍核是查德威克发现中子的实验,属于人工转变,根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒知C 是错的.②式是聚变反应方程；④式是原子核的人工转变,不是α衰变方程.

答案：A

2.下列说法不正确的是( )

Ａ.n He H H 10423121+→+是聚变 B.

n Sr Xe n U 1094381405410235922++→+是裂变 Ｃ.He Rn Ra 42222

86226

88+→是α衰变 D.e Mg Na 0124122411-+→是裂变

解析：由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变反应,使重核分裂成中等质量的原子核的核反应,称为裂变,放出α粒子的衰变叫做α衰变,选项A 、B 、C 正确.放出β粒子的衰变叫做β衰变,不正确的选项是D.

答案：D

3.一个氘核(H 21)与一个氚核(H 31)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损.聚变过程中( )

A.吸收能量,生成的新核是He 42

B.放出能量,生成的新核是He 42

C.吸收能量,生成的新核是He 32

D.放出能量,生成的新核是He 32

解析：聚变出现质量亏损,一定放出能量,由质量数守恒和电荷数守恒可知,生成的新核是He 4

2,选项B 正确.

答案：B

4.1999年9月18日,中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( ) A.H O He N 1117842147+→+ B.e Pa Th 012349123490-+→

C.

He Th U 42234

90238

92+→ D.n He H H 10423121+→+ 解析：氢弹是核聚变反应,选项D 正确.

答案：D

5.下列关于核能的说法正确的是( )

A.物质是由原子组成的,原子中有原子核,所以利用任何物质都能得到核能

B.到目前为止,人类获得核能有两种途径,即原子核的裂变和聚变

C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的

D.自然界的原子核只有在人为的条件下才会发生聚变

解析：核能是人们在近几十年里才发现和开始利用的新能源.虽然各种物质的原子里都有原子核,但在通常情况下并不能释放能量.只有当原子核发生裂变和聚变时才能放出巨大的能量.原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短的时间内释放出巨大能量的原理制成的,而氢弹则是利用轻核的聚变制成的.自然界除了人为的聚变反应外,太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应,并以光和热的形式将核能辐射出来.故应选B.

答案：B

6.氘和氚发生聚变的核反应方程是：n He H H 1

0423121+→++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,则释放出的能量( )

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：2 g 氘和3 g 氚均为1 mol.原子核个数为N A 个,每个氘核与氚核聚变释放17.6 MeV 能量,则1 mol 释放的能量为N A ×17.6 MeV ,故选项A 正确.

答案：A

7.质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3,一个质子和一个中子结合成氘核时,若放出的能量全部转变为一个γ光子的能量,已知普朗克常量为h,真空中的光速为c.则放出的γ光子的频率为( ) A.h c m m m 2321)(++ B.h

c m m m 2

321)(-+ C.h

c m 2

3 D.(m 1+m 2-m 3)c 2h 解析：核反应中的质量亏损为：Δm=m 1+m 2-m 3,释放的能量为：ΔE=Δmc 2=(m 1+m 2-m 3)c 2

,光子的能量与频率的关系为：E=hν,所以光子的频率ν=h

c m m m 2

321)(-+. 答案：B

8.1994年3月,中国科技大学研制成功了比较先进的HT-7型超导托卡马克,托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置,这个词是toroidal(环形的),kamera(真空室),magnet(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词.根据以上信息,下列说法正确的是( )

①这种装置的核反应原理是轻核的聚变,同时释放出大量的能量,与太阳发光的原理类似 ②这种装置同我国秦山核电站、大亚湾核电站所使用的核装置反应原理相同 ③这种装置可以控制热核反应速度,使聚变能缓慢而稳定地释放 ④这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多

A.①③④

B.②③④

C.①②④

D.①②③ 解析：太阳发光的原理是轻核的聚变.

答案：A

综合运用

9.一个质子和一个中子结合成一个氘核,并释放E 的能量.

(1)写出该核反应方程；

(2)若质子质量为m 1 kg,中子质量为m 2 kg,求氘核的质量为多少.

解析：(1)核反应方程为H n H 211011→+.

(2)由于这个核反应是单个核子结合成原子核,会释放出能量,这一反应的质量亏损为：Δm=m 1+m 2-m,而E=Δmc 2,故氘核的质量m=m 1+m 2-Δm=m 1+m 2-

2c E . 答案：(1)H n H 211011→+ (2)m 1+m 2-2

c E 10.在某次核聚变实验中,氘核被加热至高温,引起动能各为0.3 MeV 的两个氘核正碰放出一个快中子和一个新核,释放出3.27 MeV 的能量,氘核的质量为 2.013 553 u,中子的质量为1.008 665 u,新核的质量为3.015 u,已知1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量.计算快中子的动能.

解析：设聚变后新核速度为v,中子速度为v n ,质量为m,则由能量守恒定律得：

2×0.3+Δmc 2=3.27+21mv n 2+2

1×3mv 2 由动量守恒定律得：0=3mv+mv n

m=2×2.013 53 u -3.015 u-1.008 665 u

由以上各式可求得快中子动能：

E k =2

1mv n 2=0.405 MeV. 答案：0.405 MeV 11.太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和H 11、He 42等原子核组成.维持太阳辐

射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是He H e 421142→++释放的核能,这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的H 11核数目从现有数减少10％,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化,假定目前太阳全部由电子和H 11核组成.

已知质子质量m p =1.672 6×10-27 kg,He 4

2质量m α=6.645 8×10-27 kg,电子质量 m e =0.9×10-30 kg,光速c=3×108

m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.

解析：核反应每发生一次的质量亏损：Δm=4m p +2m e -m α,释放的核能为：ΔE=(4m p +2m e -m α)c 2

代入数值,得：ΔE=4.2×10-12 J.

答案：4.2×10-12 J

拓展探究

12.有一种聚变反应是：四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子.求：

(1)该聚变反应释放多少能量？

(2)若1 g 氢完全聚变,能释放多少能量？

(3)1 g 氢完全聚变,释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值

q=3.36×107 J/kg,氢核质量为1.008 142 u,氦核质量为4.001 509 u)

解析：(1)核反应方程为：e He H 01421124+→,所以Δm=4×1.008 142 u -4.001 509 u=0.030