新教材2024-2025學(xué)年高中物理第5章原子核與核能第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護分層作業(yè)魯科版選擇性必修第三冊

第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境愛護A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.(多選)在某次核反應(yīng)中,1個氘核和1個氚核結(jié)合生成1個氦核,則下列說法正確的是()A.這是一個聚變反應(yīng)B.核反應(yīng)方程式為

12H+1C.目前核電站都采納上述核反應(yīng)發(fā)電D.該核反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損2.如圖所示,托卡馬克(tokamak)是探討受控核聚變的一種裝置,這個詞是toroidal(環(huán)形的),kamera(真空室),magnet(磁)的頭兩個字母以及kotushka(線圈)的第一個字母組成的縮寫詞。依據(jù)以上信息,下列推斷錯誤的是()A.這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變,同時釋放出大量的能量,和太陽發(fā)光的原理類似B.線圈的作用是通電時產(chǎn)生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)而不飛出C.這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案D.該裝置是利用聚變物質(zhì)的慣性進行約束3.2024年12月31日,國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施EAST人造太陽核聚變試驗裝置取得重大突破,實現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行,創(chuàng)建托卡馬克試驗裝置高溫等離子運行新的世界紀錄?！叭嗽焯枴焙朔磻?yīng)的方程為

12H+13A.核反應(yīng)方程中的X為質(zhì)子B.該反應(yīng)須要汲取能量C.24He的比結(jié)合能大于D.

24He的平均核子質(zhì)量大于4.現(xiàn)在太陽向外輻射的能量是由于太陽內(nèi)部氫核聚變產(chǎn)生的,大約在40億年以后太陽內(nèi)部將會啟動另一種核反應(yīng),其核反應(yīng)方程為

24He+

24He+24HeC,到那時太陽向外輻射的能量是由上述兩種核反應(yīng)共同產(chǎn)生的。已知

24He的質(zhì)量為mA.3m1>m2 B.3m1<m2C.3m1=m2 D.m1=3m25.科學(xué)家發(fā)覺在月球上含有豐富的

23He(氦3)。它是一種高效、清潔、平安的核聚變?nèi)剂?其參加的一種核聚變反應(yīng)的方程式為

23He+23He2A.聚變反應(yīng)不會釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C.聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采納

26.

92235U汲取一個慢中子后分裂成

3692Kr和7.一個質(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,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(1)寫出聚變方程。(2)求釋放出的核能是多大。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)求平均每個核子釋放的能量是多大。B級關(guān)鍵實力提升練8.(多選)氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4,假如氘核和氚核結(jié)合生成氦核,則下列說法正確的是()A.核反應(yīng)方程為

12H+1B.這是一個裂變反應(yīng)C.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3D.核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE=(m1+m2-m3-m4)c29.(多選)恒星內(nèi)部發(fā)生著各種熱核反應(yīng),其中“氦燃燒”的核反應(yīng)方程為

24He+Be+γ,其中X表示某種粒子,48Be是不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為A.X粒子是

2B.4C.經(jīng)過3個T,剩下的

48D.“氦燃燒”的核反應(yīng)是裂變反應(yīng)10.用中子轟擊鈾核(92235U),其中的一個可能反應(yīng)是分裂成鋇(56mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kg;mBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.6047×10-27kg。試寫出核反應(yīng)方程,求出反應(yīng)中釋放的核能。11.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng),這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能量來源。(mp=1.0073u,mHe=4.0026u,me=0.00055u,1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV)(1)寫出這個核反應(yīng)方程。(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量?(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,則太陽每秒削減的質(zhì)量為多少?

第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境愛護1.AB1個氘核和1個氚核結(jié)合生成1個氦核,反應(yīng)方程為

12H+12.D聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變,放出能量,故A正確;線圈通電時產(chǎn)生磁場,帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不飛出,故B正確;該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案:磁約束裝置,另一種方案是利用聚變物質(zhì)的慣性進行約束,故C正確,D錯誤。3.C依據(jù)核反應(yīng)方程電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)為0,質(zhì)量數(shù)為1,即X為中子,故A錯誤;核聚變放出能量,24He的比結(jié)合能大于

12H的比結(jié)合能,故B錯誤,C正確;由愛因斯坦的質(zhì)能方程可知,該核反應(yīng)有質(zhì)量虧損,所以4.A由于發(fā)生上述核聚變時釋放核能,依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,該反應(yīng)存在質(zhì)量虧損,所以3m1>m2,故A正確。5.B聚變反應(yīng)時將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的新核,聚變過程會有質(zhì)量虧損,要放出大量的能量,但目前核電站都采納鈾核的裂變反應(yīng),可控的輕核聚變尚在試驗階段。故A、C、D錯誤,B正確。6.答案3解析依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可得還放出3個中子。7.答案(1)11H+20(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析(1)聚變方程為

11H+20(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u釋放的核能ΔE=0.0067×931.5MeV=6.24MeV。(3)平均每個核子釋放的能量為6.243MeV=8.AD核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,由此可知A正確;該核反應(yīng)為聚變反應(yīng),故B錯誤;該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=m1+m2-m3-m4,故C錯誤;依據(jù)質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故D正確。9.AC依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒,24He+XBe+γ,則X粒子是

24He,故A正確;衰變是自發(fā)的,不須要外部作用激發(fā)也能發(fā)生,故B錯誤;經(jīng)過1個半衰期,有半數(shù)發(fā)生衰變,即剩下起先時的一半,那么經(jīng)過3個T,剩下的

48Be占起先時的110.答案

01n+92235UBa+3692Kr+301n解析依據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可以寫出核反應(yīng)方程。依據(jù)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損,用愛因斯坦質(zhì)能方程可求出釋放的核能。鈾核裂變方程為

01n+92235U則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=3.578×10-28kg由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為ΔE=Δmc2=3.578×10-28×(3×108)2J=3.2202×10-11J。11.答案(1)411HHe+210e(2)23.75MeV(3)4.2×解析(1)核反應(yīng)方程是411HHe+20X,而

20X只能是2個正電子,因此核反應(yīng)方程是41(2)反應(yīng)前的總質(zhì)量為m1=4mp=4×1.0073u=4.0292u反應(yīng)后的