人教版 (新课标)选修37 核聚变同步练习题

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一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．关于核聚变，以下说法正确的是( )
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10 m以内，核力才能起作用
D．核聚变比核裂变更易控制
[解析] 与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变不易控制，其发电还没有投入实际运行．所以正确的只有选项A.
[答案] A
2．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大
[解析] 聚变反应的比结合能大于裂变反应的比结合能，但参与的核子数目裂变大于聚变，故聚变反应释放的总能量不一定多，故A、C错，B对；由于聚变反应释放能量，发生质量亏损，故聚变后核的质量减少，故D错．
[答案] B
3．(多选)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，eq \\al(3,2)He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是( )
A．两个氘核聚变成一个eq \\al(3,2)He所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个eq \\al(3,2)He所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个eq \\al(3,2)He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．两个氘核聚变成一个eq \\al(3,2)He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2
[解析] 由核反应方程2eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)X知X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故A、C错误，B、D正确．
[答案] BD
4．(多选)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，若产生的核能全部被γ光子带走．下列说法正确的是( )
A．核反应方程是eq \\al(1,1)H＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(3,1)H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2
D．γ光子的波长λ＝eq \f(h,m1＋m2－m3c)
[解析] 该核反应方程质量数不守恒，故A错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，故C错误；根据E＝eq \f(hc,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，得光子的波长为λ＝eq \f(h,m1＋m2－m3c)，故D正确．
[答案] BD
5．(多选)核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg.则这个核反应释放出来的能量为(光速c＝3.00×108 m/s,1 u相当于931.5 MeV)( )
A．2.8×10－10 J B．2.8×10－12 J
C．1.75 MeVD．17.5 MeV
[解析] 核反应释放出来的能量：ΔE＝Δmc2，Δm＝(m氘＋m氚)－(mHe＋mn)＝0.018 8 u，由计算得：ΔE＝2.8×10－12 J＝17.5 MeV，故B、D正确
[答案] BD
6．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV，则( )
A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.007 8 u
B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.294 8×10－29 kg
C．反应过程中放出的能量约为7.266 MeV
D．反应过程中放出的能量约为1.16×10－19 J
[解析] 其反应方程是3eq \\al(4,2)He→eq \\al(12, 6)C.其质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u，A对；Δm＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.294 8×10－29 kg，B对；ΔE＝0.007 8×931.5 MeV≈7.266 MeV，C对；ΔE≈7.266×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，D错．
[答案] ABC
二、非选择题(14分)
7．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，eq \\al(3,2)He核的质量为3.015 0 u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成eq \\al(3,2)He并放出一个中子，释放的核能全部转化为机械能．(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，eq \\al(3,2)He的质量可以认为是中子的3倍)
(1)写出该核反应的反应方程式．
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?
[解析] (1)核反应方程为：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n
(2)质量亏损为：Δm＝2.013 6×2 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为：
ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV
(3)设中子和eq \\al(3,2)He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和eq \\al(3,2)He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，eq \f(E1,E2)＝eq \f(p2,2m1)∶eq \f(p2,2m2)＝eq \f(m2,m1)＝3，E2＝eq \f(E1,3)＝1.04 MeV
由能量的转化和守恒定律，得
E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV.
[答案] (1)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n (2)3.26 MeV (3)0.45 MeV