高中物理選修3-5人教版課時素養(yǎng)提升19-7-19-8核聚變粒子和宇宙

課時素養(yǎng)提升十八核聚變粒子和宇宙(25分鐘50分)一、選擇題(本題共4小題，每題5分，共20分)1.下面是一核反應(yīng)方程QUOTEHQUOTEHQUOTEHe+X。用c表示光速，則()A.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出能量為質(zhì)子質(zhì)量乘以c2B.X是中子，核反應(yīng)放出能量為中子質(zhì)量乘以c2C.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出能量為氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘以c2D.X是中子，核反應(yīng)放出能量為氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和，再乘以c2【解析】選D。由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律可得X為QUOTEn(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項正確。2.一個質(zhì)子和一個中子聚變組合成一個氘核，同時輻射出一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c，下列說法正確的是 ()A.核反應(yīng)方程是QUOTEHQUOTEnQUOTEH+γB.聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2m3C.輻射出的γ光子能量E=(m3m1m2)cD.γ光子的波長λ=QUOTE【解析】選B。A項中核反應(yīng)方程不滿足質(zhì)量數(shù)守恒，錯誤。B項中Δm正好是結(jié)合前核子總質(zhì)量與原子核質(zhì)量之差，由質(zhì)能方程可知輻射出的γ光子的能量為E=(m1+m2m3)c2，C項錯誤。由c=λv及E=hν得，γ光子的波長為λ=QUOTE，故D錯。3.(多選)(2020·承德高二檢測)據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(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 ()A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是QUOTEHQUOTEHHeQUOTEnB.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是QUOTEUQUOTEnBa+QUOTEKr+QUOTEnC.根據(jù)公式E=mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多D.根據(jù)公式E=mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同【解析】選A、CQUOTEHQUOTEHHeQUOTEn是輕核聚變方程，“人造太陽”的核反應(yīng)方程便是此方程，故A正確，B錯誤；根據(jù)核聚變特點，相同質(zhì)量的核燃料，核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，故C正確，D錯誤。4.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子QUOTEH)聚變?yōu)?個氦核QUOTEHe)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是QUOTEHQUOTEHe+2X，這個核反應(yīng)釋放出大量核能。已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c。下列說法中正確的是()A.方程中的X表示中子QUOTEn)B.方程中的X表示正電子QUOTEe)C.這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1m2D.這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=(4m1m2m3)c2【解析】選B。核反應(yīng)方程為QUOTEHQUOTEHe+QUOTEe，即X表示正電子，這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1m2-2m3，這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=(4m1m2-2m3)c2，選項B正確?！狙a償訓練】(多選)在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結(jié)合成一個QUOTECQUOTEC原子的質(zhì)量是12.0000uQUOTEHe原子的質(zhì)量是4.0026u，已知1u=1.66×10-27kg，則()A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=0.0078uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.29×10-29C.反應(yīng)過程中放出的能量是7.266MeVD.反應(yīng)過程中放出的能量是1.16×1019J【解析】選A、B、C。其反應(yīng)方程是QUOTEHeQUOTEC。其質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.002612.0000)u=0.0078u，A項對；Δm=0.0078×1.66×10-27kg10-29kg，B項對；ΔE=0.0078×931.5MeV=7.266MeV，C項對；ΔE=7.266×106×1.6×1019J=1.16×1012二、計算題(12分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)5.熱核反應(yīng)中所用的燃料——氘，在地球上儲量非常豐富，1L海水中大約有0.3g氘，如果用來進行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300L汽油相當。若氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，光速為c，阿伏加德羅常數(shù)為N(1)寫出兩個氘核聚變成一個氦核的核反應(yīng)方程。(2)質(zhì)量為M的氘參與上述聚變反應(yīng)可釋放出的能量為多少？【解析】(1)核反應(yīng)方程為QUOTEHQUOTEHQUOTEHe。(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm=2m1m2，ΔE=Δmc2=(2m1m2)c2，據(jù)題意得，質(zhì)量為M的氘中的氘核數(shù)為n=QUOTENA質(zhì)量為M的氘核參與聚變放出的能量為E=QUOTE=QUOTE。答案：(1QUOTEHQUOTEHQUOTEHe(2)QUOTE【補償訓練】一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073u，中子質(zhì)量mn=1.0087u，氚核質(zhì)量m=3.0180u。(1)寫出聚變方程。(2)釋放出的核能多大？(3)平均每個核子釋放的能量是多大？【解析】(1)聚變方程QUOTEH+QUOTEnQUOTEH(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mnm=(1.0073+2×1.00873.0180)u=0.0067u，釋放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每個核子放出的能量為QUOTEMeV=2.08MeV。答案：(1QUOTEH+QUOTEnQUOTEH(2)6.24MeV(3)2.08MeV【能力挑戰(zhàn)區(qū)】6.(6分)(多選)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，中子質(zhì)量為m2QUOTEHe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.兩個氘核聚變成一個QUOTEHe所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子B.兩個氘核聚變成一個QUOTEHe所產(chǎn)生的另一個粒子是中子C.兩個氘核聚變成一個QUOTEHe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】選B、D。由核反應(yīng)方程知QUOTEHQUOTEHeQUOTEX，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE=(2m1m3m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小。而現(xiàn)實運行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強的放射性，故A、C錯誤，B、D正確。7.(12分)假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.0136u，中子的質(zhì)量是1.0087u，氦核同位素的質(zhì)量是3.0150u。(1)聚變的核反應(yīng)方程式是____________，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為____________MeV(保留兩位有效數(shù)字)。

(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為QUOTEHQUOTEHeQUOTELi，已知各核子比結(jié)合能分別為EH=1.112MeV、EHe=7.075MeV、ELi=5.603MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能?！窘馕觥?1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為：QUOTEHQUOTEHQUOTEHeQUOTEn。核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：Δm=2mD(mHe+mn)=2×2.0136u(3.0150+1.0087)u≈3.5×103u。由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應(yīng)，所以氘核聚變時放出的能量：ΔE=3.5×103×931.5MeV≈3.3MeV。(2QUOTEH和QUOTEHe分解成7個核子所需的能量為：E1=3×1.112MeV+4×7.075MeV