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1高中物理选修3-5同步练习试题解析核聚变1．目前核电站利用的核反应是()A．裂变，核燃料为铀B．聚变，核燃料为铀C．裂变，核燃料为氘D．聚变，核燃料为氘答案：A2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是()A.3015P→3014Si＋01eB.21H＋31H→42He＋10nC.146C→147N＋0－1eD.23892U→23490Th＋42He解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B符合要求。答案：B3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着激烈地()A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应解析：太阳内部时刻都在进行着轻核聚变反应，即热核反应，并伴随着释放出巨大的能量。答案：D4．下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用。由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。答案：A、C、D5．重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方式，但只有重核的裂变被人类和平利用，其原因是轻核聚变()A．产能效率不高B．核燃料储量不够丰富C．核废料的处理比较困难D．反应速度的控制比较困难2解析：裂变和聚变都释放核能，聚变产能效率高，核燃料储量丰富，且核废料容易处理，缺点是核反应速度难以控制，D正确。答案：D6．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下面关于它们的说法中正确的是()A．裂变和聚变过程中都有质量亏损B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D．裂变和聚变过程中质量都有增加解析：在重核裂变和轻核聚变过程中都会释放出大量的热量，由爱因斯坦质能方程知，无论是裂变还是聚变，质量都会减少，而质量变化叫做质量亏损，所以仅A选项正确。答案：A7．现有三个核反应方程：①2411Na→2412Mg＋0－1e②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n③21H＋31H→42He＋10n下列说法正确的是()A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变解析：裂变是重核变为中等质量的核，②是；衰变有α衰变和β衰变，α衰变的结果是释放氦核，β衰变的结果是从原子中释放电子，①是；聚变是质量较小的核结合成质量较大的核，③是。综上所述C正确。答案：C8．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H―→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310nC．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝12mc2解析：“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为21H＋31H→42He＋10n，而B选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，3而核能大小的计算公式为E＝mc2，故选项A、C正确。答案：A、C9．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋3717Cl→3718Ar＋0－1e。已知3717Cl核的质量为36.95658u，3718Ar核的质量为36.95691u，0－1e的质量为0.00055u,1u质量对应的能量为931.5MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为()A．0.82MeVB．0.31MeVC．1.33MeVD．0.51MeV解析：核反应过程中，反应前的能量应大于或等于反应后的能量。质量关系为mνe＋mCl≥mAr＋me，得mνe≥0.00088u。则电子中微子的最小能量应为0．00088u×931.5MeV/u＝0.82MeV，故A正确。答案：A10．已知核反应方程21H＋31H―→42He＋X。若用c表示光速，则()A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2解析：由质量数守恒及电荷数守恒可知X为10n(中子)，再根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确。答案：D11．完成下列核反应方程，并说明其反应类型：23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋________，属________反应；22286Rn―→21884Po＋________，属________反应；21H＋31H―→________＋10n，属________反应。解析：在核反应中应遵循质量数守恒和电荷数守恒的原则。答案：210n裂变42He衰变42He聚变12．试求在氢弹中，当合成1kg的氦时所释放出的能量。(氘核21H的质量为2.0136u，4氚核31H的质量为3.0166u，氦核42He的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u)解析：设弹壳内装的是氘和氚轻元素，它们在高温下聚变生成氦，核聚变方程为21H＋31H→42H＋10n。当一个氘核21H与一个氚核31H发生反应时放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5MeV＝17.6MeV。1kg氦(42He)中所含的原子核数目为N＝nNA＝10004.0026×6.02×1023＝1.5×1026个。这样合成1kg氦核42He时所放出的总能量为E＝NΔE＝1.5×1026×17.6MeV＝2.64×1027MeV。答案：2.64×1027MeV13．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(mp＝1.0073u，mα＝4.0015u，me＝0.00055u)解析：(1)核反应方程是411H→42He＋201e(2)这一核反应的质量亏损是Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266u，ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV＝24.78MeV(3)由ΔE＝Δmc2得每秒太阳质量减少Δm＝ΔEc2＝3.8×1026(3.0×108)2kg＝4.2×109kg。答案：(1)411H→42He＋201e(2)24.78MeV(3)4.2×109kg14．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子。已知质子的质量为mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644929×10－27kg，正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c＝3.0×108m/s。试计算该系列反应完成后释放的能量。解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各个核反应方程左右两侧分别相加，5消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p→α＋2e＋＋2ν设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q。代入数值可得Q＝3.95×10－12J。答案：3.95×10－12J15．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变方程是21H＋31H―→42He＋10n，反应原料氘(21H)富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人工核转变得到。(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核(31H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：63Li＋________→________＋31H。(2)在(1)中，每生产1g氚的同时有多少个63Li核实现了核转变？(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023个/mol)解析：(2)因为1g氚为13mol，根据核反应方程，实现核转变的63Li也为13mol，所以有6.0×1023×13个＝2.0×1023个63Li实现了核转变。答案：(1)10n42He(2)2.0×1023个