學(xué)業(yè)分層測評 13 核聚變核能的利用與環(huán)境保護(hù)

1、學(xué)業(yè)分層測評(十三)(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1太陽每秒輻射出來的能量約為3.81026 J，這些能量是() 【導(dǎo)學(xué)號：64772109】重核的裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的輕核的聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的原子核的衰變反應(yīng)中產(chǎn)生的熱核反應(yīng)中產(chǎn)生的ABC D【解析】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D正確【答案】D2關(guān)于核電站，以下說法正確的是()A核電站中的核反應(yīng)是無法控制的B目前核電站主要原料是鈾，能量主要來源于核聚變C采用增殖反應(yīng)堆可以使核原料充分利用D核電站使用過的核燃料還可以在火力發(fā)電廠中二次利用【解析】目前核電站主要原料是鈾，能量主要來源于核裂變，其反

2、應(yīng)是可以通過控制棒控制反應(yīng)速度的快慢，A、B均錯(cuò)采用增殖反應(yīng)堆可以充分利用鈾235之外的原料從而放出更多能量，C對核廢料具有放射性，不能再通過燃燒的方式二次發(fā)電，D錯(cuò)【答案】C3(多選)我國自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)設(shè)可控?zé)岷藢?shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，光速為c，正確說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：64772055】A這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是HHHenB由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1m2m3m4C核反應(yīng)放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D這種裝置與

3、我國大亞灣核電站所使用裝置的核反應(yīng)原理相同【解析】核反應(yīng)方程為HHHen，選項(xiàng)A正確；反應(yīng)過程中向外釋放能量，故質(zhì)量有虧損，且釋放的能量Emc2(m1m2m3m4)c2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；可控?zé)岷朔磻?yīng)為核聚變，大亞灣核電站所用核裝置反應(yīng)原理為核裂變，可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電，故D錯(cuò)誤【答案】AC4(多選)我國在極其困難的情況下，完成了“兩彈一星”，長了中國人的志氣，打破了西方的訛詐，下列核反應(yīng)方程中，屬于研究兩彈的基本核反應(yīng)方程的是 () 【導(dǎo)學(xué)號：64772110】A.NHeOHB.UnSrXe10nC.UThHeD.HHHen【解析】“兩彈”指原子彈和氫彈，原子彈的核反應(yīng)

4、方程是鈾核裂變，B選項(xiàng)正確，氫彈的核反應(yīng)方程是輕核聚變，D選項(xiàng)正確【答案】BD5(多選)2019年9月28日，我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了EAST裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s，溫度超過1億度，這標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是()A兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一

5、個(gè)粒子是中子C兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m4)c2D與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性【解析】由核反應(yīng)方程2HHeX知，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E(2m1m3m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小，而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確【答案】BD6(多選)我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1)UnSrXekn；(2)HHHedn；關(guān)于這兩個(gè)方程，下列說法正確的是()A方程(1)屬于衰變B方程(1)屬于重核裂變C方程(2)屬于輕核聚變D方程(1)中k10，方程(2)中d1【解析】方程(1)屬于重核裂變，方程(2)屬于

6、輕核聚變，故A錯(cuò)，B、C對據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可求出k10，d1，故D對【答案】BCD7某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為HCNQ1，HNCXQ2，方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量如表：原子核HHHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 64.002 612.000 013.005 715.000 1則可以推斷X是_，方程中Q1和Q2的大小關(guān)系是Q1_Q2.【解析】由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為He，式的質(zhì)量虧損為m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u式的質(zhì)量虧損為m21.007 8

7、 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，所以m2m1根據(jù)質(zhì)能方程Emc2可求解Q2Q1.【答案】He8物理學(xué)家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個(gè)氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(He)和兩個(gè)正電子(e)并放出能量已知質(zhì)子質(zhì)量mp1.007 3 u，粒子的質(zhì)量m4.0026 u，電子的質(zhì)量me0.000 5 u1 u的質(zhì)量對應(yīng)931.5 MeV的能量(1)寫出該熱核反應(yīng)方程；(2)一次這樣的熱核反應(yīng)釋放出多少兆電子伏的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)【解析】(1)熱核反應(yīng)方程為4HHe2e.(2)質(zhì)量虧損為m

8、4mpm2me(41.007 34.002 620.000 5) u0.025 6 uE0.025 6931.5 MeV23.85 MeV.【答案】(1)4HHe2e(2)23.85 MeV能力提升9(多選)據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：64772056】A“人造太陽”的核反應(yīng)方程是HHHenB“人造太陽”的核反應(yīng)方程是UnBaKr3nC根據(jù)公式Emc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同D核燃燒的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過程的

9、質(zhì)量虧損大得多【解析】HHHen是氫核聚變方程，故A項(xiàng)正確；根據(jù)氫核聚變特點(diǎn)，相同質(zhì)量的核燃料，氫核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，氫核聚變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損大得多，D正確【答案】AD10(多選)如圖431所示，托卡馬克(tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera (真 空 室)、magnet(磁)的頭兩個(gè)字母以及kotushka(線圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫詞根據(jù)以上信息，下列判斷中可能正確的是()圖431A這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，和太陽發(fā)光的原理類似B線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場使帶電粒子

10、在磁場中旋轉(zhuǎn)而不溢出C這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同D這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案【解析】聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A對；線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場，帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不溢出，故B對；核電站的原理是裂變，托卡馬克的原理是聚變，故C錯(cuò)；該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案，故D對【答案】ABD11我國自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽”托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國家行列該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是HHHen，反應(yīng)原料氘(H)富存于海水中，而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核(L

11、i)的人工核轉(zhuǎn)變得到(1)請把下列用中子轟擊鋰核(Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(H)和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：_n_H.(2)在(1)中，每產(chǎn)生1 g氚的同時(shí)有多少個(gè)Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變？(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.01023 mol1)(3)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量為5.61013 J，求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損【解析】(1)核反應(yīng)方程為：LinHeH.(2)因?yàn)? g氚為 mol，根據(jù)核反應(yīng)方程，實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為mol，所以有2.01023個(gè)Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變(3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，核聚變反應(yīng)中有5個(gè)核子參加了反應(yīng)，5個(gè)核子釋放總能量E55.6101

12、3J2.81012 J，所以質(zhì)量虧損為m kg3.11029 kg.【答案】(1)LiHe(2)2.01023個(gè)(3)3.11029 kg12核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源近幾年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個(gè)中子若已知氘原子的質(zhì)量為2.014 1 u，氚原子的質(zhì)量為3.016 0 u，氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u，中子的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u1.661027 kg.(1)寫出氘和氚聚變的反應(yīng)方程；(2)試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來的能量；(3)若建一座功率為3.0105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)化成了電能，求每年要消耗氘的質(zhì)量？(一年按3.2107 s計(jì)算，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)【解析】(1)氘和氚聚變的反應(yīng)