高中物理-核聚变练习 (2)

高中物理-核聚变练习
我夯基 我达标
1.有下列核反应：
①n P Al He 103015271342+→+
②γ+→+He H H 421131
③He O H H 4216811199+→+
④
γ+++→+n Xe Sr n U 101365490381
0235
9210 下列说法中正确的是（ ）
A.①是原子核的人工转变的反应方程式
B.②是聚变的核反应方程式
C.③是α衰变的反应方程式
D.④是裂变的核反应方程式
思路解析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识,根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变,而是人工转变,衰变是自发进行的,不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式.故答案为A 、B 、D. 答案：ABD
2.关于聚变,以下说法中正确的是（ ）
A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量
B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
思路解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核,故A 项错误.聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多,这点由聚变反应的特点我们就可以知道,故B 项正确.裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚
变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做
功,故C 错、D 正确.
答案：BD
3.关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站,下列说法中正确的是（ ）
A.它们都是利用核聚变释放原子能的
B.它们都是利用核裂变释放原子能的
C.两者的核燃料都是纯铀235
D.一座是利用核裂变释放原子能,一座是利用核聚变释放原子能
思路解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生,还没有实现可控热核反应,故答案为B.
答案：B
4.氘核（H 21）和氚核（H 31）的核反应方程如下：n He H H 10423121+→+,该氘核的质量
为m 1,氚核的质量为m 2,氦核的质量为m 3,中子的质量为m 4,则反应过程中释放的能量为（ ）
A.（m 1+m 2-m 3）c 2
B.（m 1+m 2-m 4）c 2
C.（m 1+m 2-m 3-m 4）c 2
D.（m 3+m 4-m 1-m 2）c 2
思路解析：此变化过程中释放能量,说明聚变之后,新核的质量之和小于聚变之前原来核的质
量之和,质量亏损应为（m 1+m 2）-（m 3+m 4）,而不是（m 3+m 4）-（m 1+m 2）.此反应的质量亏损为
Δm=m 1+m 2-m 3-m 4,释放的能量ΔE=Δmc 2=（m 1+m 2-m 3-m 4）c 2.
答案：C
5.已知氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 u,He 32核的质量为3.015 0 u.
（1）写出两个氘核聚变成He 32的核反应方程.
（2）计算上述核反应中释放的核能.
（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成He 3
2核和中子的动能各是多少？
思路解析：（1）H H 2121+→n He 1032+. （2）核反应中质量亏损Δm=2.013 6 u×2-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,
释放的核能：ΔE=Δmc 2=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV.
（3）设He 32核和中子的质量分别为m 1、m 2,速度分别为v 1、v 2,则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m 1v 1-m 2v 2=0,E k1+E k2=2E k0+ΔE
解方程组可得：E k1=
41)2(410=∆+E E k ×(2×0.35+3.26) MeV=0.99 MeV; E k2=43(2E k0+ΔE)=4
3×(2×0.35+3.26) MeV=2.97 Me V. 答案：（1）n He H H 10322121+→+ (2)3.26 MeV （3）0.99 MeV 2.97 MeV
我综合 我发展
6.下列核反应方程及其表述都正确的是（ ）
A.H He H He 1
1422132+→+是聚变反应
B.n Kr Ba n U 109236141561
0235
923++→+是裂变反应 C.n He H H 10423121+→+是聚变反应
D.e Mg Na 0124122411-+→是裂变反应
思路解析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变,把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变.根据以上裂变和聚变的定义可判断出A 、B 、C 正确.
答案：ABC
7.下列说法中不正确的是（ ）
A.n He H H 10423121+→+是聚变
B.n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+是裂变
C.
He Rn Ra 4222286236
88+→是α衰变 D.e Mg Na 0124122411-+→e 是裂变 思路解析：解答本题的关键是正确理解衰变、裂变和聚变的含义,根据各核反应规律可知：A
是轻核聚变.B 是重核裂变.C 是α衰变.故A 、B 、C 都正确.而D 项属于β衰变,不是裂变,在物理学中裂变指的是把重核分裂变成质量较小的核的过程,故选D.
答案：D
8.我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组,发电站的核能来源于U 23592的裂变,现有4种说法：
①
U 23592原子核中有92个质子,有143个中子 ②U 235
92的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程式为：
n Sr Xe n U 109538139541
0235
922++→+
③U 235
92是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度半衰期缩短
④一个U 235
92裂变能放出200 MeV 的能量,合3.2×10-11 J
以上说法中完全正确的是（ ）
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④ 思路解析：由235
92U 的质量数和电荷数关系易知①正确.由核反应方程中电荷数守恒和质量数
守恒知②正确.半衰期不受外界因素干扰,故③错误.通过计算知④正确,故答案为D. 答案：D
9.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量m H =1.007 3 u,中子m n =1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u.
（1）写出聚变方程.
（2）释放出的核能是多大.
（3）平均每个核子释放的能量是多大？
思路解析：（1）聚变方程为：H n H 3110112→+.
（2）质量亏损为：Δm=m H +2m n -m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u,
释放的核能：ΔE=Δmc 2=0.006 7×931.5 MeV=6.24 MeV.
（3）平均每个核子放出的能量3
24.6 MeV=2.08 MeV. 答案：（1）H n H 3110112→+ （2）6.24 MeV （3）2.08 MeV
10.4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,列出核反应方程,并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.
思路解析：该反应的核反应方程为：e He H 01421124+→.
由此可知,平均每个氢核反应释放出的能量为E 0=2.8÷4×106 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：e He H 0
1421124+→ 6.72×1010 J
11.在一次研究原子核内部结构的实验中,让1个速度为7.7×104 m/s 的中子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场,击中1个原来静止的锂核（Li 6
3）后产生1个氦核和另一个新核.测得氦核的速度是 2.0×104 m/s,方向与反应前中子的运动方向相同,设中子质量与质子质量相等.
（1）写出核反应方程式.
（2）求出氦核和新核的轨道半径之比.
（3）当氦核转6圈时,新核转了几圈？
思路解析：（1）方程式为H He Li n 31426310+→+. （2）设中子质量为m 0、速度为v 0,则氦核的质量为4m 0、速度设为v 1,新核质量为3m 0、速度设为v 2,由动量守恒定律得m 0v 0=4m 0v 1+ 3m 0v 2
v 2=3
410v v -=-0.1×104 m/s. （负号表示新核的速度方向与中子的速度方向相反）
有Bqv=r
mv 2
,即r=qB mv 则氦核轨道半径r 1=qB
v m 2410 新核轨道半径r 2=qB
v m 203 所以3
40101.03100.2232442121=⨯⨯⨯⨯==v v r r . （3）由Bqv=mω2r=T
mv π2得带电粒子在磁场中运动的周期T=Bq m π2, 所以氦核的周期T 1=
Bq m Bq m 00424ππ=•2, 新核的周期T 2=Bq
m Bq m 0063ππ=•2 设氦核转6圈时,新核转n 圈,则有6T 1=nT 2,即
Bq m n Bq m 00646ππ•=⨯,所以n=4. 答案：（1）H He Li n 31426310+→+
（2）40∶3 （3）4圈。