高中物理 課時(shí)提升作業(yè)十三 第三章 原子核 3.6 核聚變 教科版選修35

1、課時(shí)提升作業(yè) 十三 核聚變(30分鐘50分)一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分)1.(多選)太陽每秒輻射出來的能量約為3.8×1026j,這些能量是在()a.重核的裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的b.輕核的聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的c.原子核的衰變反應(yīng)中產(chǎn)生的d.熱核反應(yīng)中產(chǎn)生的【解析】選b、d。由于太陽的主要成分是氫,它釋放出的巨大能量來源于氫核的聚變反應(yīng).這一反應(yīng)又叫熱核反應(yīng),故b、d正確。2.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的he(氦3),它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程為hehehhe。關(guān)于he聚變,下列表述中正確的是()a.聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量b.聚變反應(yīng)產(chǎn)

2、生了新的原子核c.聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損d.目前核電站都采用he聚變反應(yīng)發(fā)電【解析】選b。聚變反應(yīng)釋放的能量很大,故有質(zhì)量虧損,a、c錯(cuò)誤。由反應(yīng)方程式可知聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核,b正確。目前人們還不能有效地控制聚變的反應(yīng)速度,核電站利用的是核裂變,d錯(cuò)誤。3.(多選)關(guān)于核能的利用,下列說法正確的是()a.我國已建成并投入使用的核電站既有重核裂變,又有輕核聚變釋放大量原子能b.核電站對(duì)環(huán)境的污染比燃煤發(fā)電小c.目前核電站的危害主要是核燃料具有放射性d.核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低廉的核反應(yīng)【解析】選b、c、d。目前還沒有用聚變來發(fā)電,核電站利用的是重核裂變,a錯(cuò)誤;核電站不

3、排放二氧化碳,氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵,有利于環(huán)境保護(hù),b正確;但用于核電站的燃料鈾及廢棄物具有放射性,對(duì)人體和環(huán)境都有危害,c正確;輕核聚變無放射性,且海水含有大量的氘,d正確。4.(多選)在某些恒星內(nèi),3個(gè)粒子結(jié)合成一個(gè)cc原子的質(zhì)量是12.000 0 uhe原子的質(zhì)量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27kg,則()a.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m=0.0078ub.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m=1.29×10-29kgc.反應(yīng)過程中放出的能量是7.27 mevd.反應(yīng)過程中放出的能量是1.16×10-19j【解析】選a、b、c。核

4、反應(yīng)方程為hec,質(zhì)量虧損m=3×4.0026u- 12.0000u=0.0078u。a正確。m=0.0078×1.66×10-27kg=1.29×10-29kg,b正確。e=0.0078×931.5mev=7.27mev,c正確。e=7.27×106×1.6×10-19j=1.16×10-12j,d錯(cuò)誤。5.分析圖片,下列說法中正確的是()a.質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量b.質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量c.氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量d.質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)要吸收能量【解析】選c。由題

5、圖知,若要將氘核拆散為分散的質(zhì)子和中子需要吸收能量;反之,要把分散的核子結(jié)合成原子核,就會(huì)放出能量,故c正確,d錯(cuò)誤.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量,故a、b錯(cuò)誤。6.要使兩個(gè)氘核發(fā)生聚變,必須使它們之間的距離接近到r0,也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍。物質(zhì)溫度很高時(shí),氘原子將變?yōu)榈入x子體,等離子體的分子平均動(dòng)能為ek=k1t,k1為玻爾茲曼常數(shù),t為熱力學(xué)溫度,兩個(gè)氘核之間的電勢(shì)能ep=,r0為電荷之間的距離,則氘核聚變時(shí)的溫度至少為()a.b.c.d.【解題指南】解答本題要明確以下兩點(diǎn):(1)兩氘核在沒有達(dá)到核力作用距離之前,只有庫侖力做功。(2)電勢(shì)能是兩個(gè)

6、氘核間的電勢(shì)能,所以兩個(gè)氘核的動(dòng)能和電勢(shì)能之和不變?！窘馕觥窟xc。由能量守恒知,要使氘核發(fā)生聚變,需2×,所以t,故c正確。二、非選擇題(本大題共2小題,共20分)7.(10分)我國在核聚變研究領(lǐng)域處于世界先進(jìn)行列,在實(shí)驗(yàn)中觀察到有下列4種核反應(yīng):hhhen+3.25mev;hhhh+4.00mev;hhhen+17.5mev;hheheh+18.3mev。已知在實(shí)際發(fā)生核聚變時(shí),上述4種反應(yīng)的概率相同,其原料直接或間接都是氘核,而氘核在地球上的儲(chǔ)量非常豐富,每升海水中大約有0.030g氘,那么1l海水中的氘全部發(fā)生聚變釋放的總能量為多少?(na取6.02×1023mol-

7、1)【解析】由于發(fā)生4種反應(yīng)的概率相同,將4個(gè)核反應(yīng)相加得總反應(yīng)為hhe+n+h+43.05mev1mol氘全部聚變釋放的能量為e=mev=6.91×1011j每升海水中所含的氘為0.030g,釋放的總能量應(yīng)為e=e×=1.04×1010j答案:1.04×1010j8.(10分)已知氘核質(zhì)量為2.0136u,中子質(zhì)量為1.0087uhe核的質(zhì)量為3.0150u。兩個(gè)速率相等的氘核對(duì)心碰撞聚變成he并放出一個(gè)中子,釋放的核能也全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(質(zhì)量虧損為1u時(shí),釋放的能量為931.5mev。除了計(jì)算質(zhì)量虧損外he的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)(1)寫出該核

8、反應(yīng)的反應(yīng)方程式。(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少?(3)若測(cè)得反應(yīng)后生成中子的動(dòng)能是3.12mev,則反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是多少mev?【解析】(1)核反應(yīng)方程為hhhen(2)質(zhì)量虧損為:m=2.013 6×2u-(3.015 0u+1.008 7u)=0.0035u,釋放的核能為:e=m×931.5mev=0.0035×931.5mev=3.26mev(3)設(shè)中子和he核的質(zhì)量分別為m1、m2,速度分別為v1、v2.反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是e0,反應(yīng)后中子和he核動(dòng)能分別為e1、e2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,得m1v1-m2v2=0,=3,e2=e1/3=1.04mev。由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律,得e1+e2=2e0+e,e0=0.45mev。答案:(1hhhen(2)3.26mev(3)0.45mev【總結(jié)提升】核反應(yīng)中的能量守恒問題(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程式.(2)根據(jù)e=mc2計(jì)算釋放核能.(3)看有無光子產(chǎn)生,如果沒有,核反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能,利用動(dòng)量守恒和能量守恒求解。6edbc3191f2351dd815ff33d4435f3756edbc3191f2351dd815ff3