1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。课时素养评价十三核聚变(25分钟60分)一、选择题(本大题共6小题,每小题6分,共36分)1.下列核反应中属于核聚变的是()A.HHHenBThPaeCUnXeSr+nDNHeOH【解析】选A。A项是轻核聚变,B项是衰变,C项是裂变,D项是人工转变。2.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程为HeHeHHe。关于He聚变,下列表述中正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变
2、反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电【解析】选B。聚变反应释放的能量很大,故有质量亏损,A、C错误。由反应方程式可知聚变反应产生了新的原子核,B正确。目前人们还不能有效地控制聚变的反应速度,核电站利用的是核裂变,D错误。3.(多选)我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”目前建设顺利,预计在2020年底投入运行,开展相关科学实验。与国内同等级装置相比,环流器二号M将在等离子体电流和温度等方面达到惊人的参数。它的离子温度能够达到1.5亿度,它的电流将达到3兆安培,目前我国最大的装置也只能达到1兆安培。下列关于聚变的说法正确的是()A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任何两
3、个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增加【解析】选A、D。核聚变的最终产物是氦气无污染,而核裂变会产生固体核废料,因此核聚变更加清洁和安全,A正确;发生核聚变需要在高温高压下进行,大核不能发生核聚变,故B错误;核聚变反应会放出大量的能量,根据质能关系可知反应会发生质量亏损,故C错误;因聚变反应放出能量,因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能,故D正确。4.(多选)在某些恒星内,3个粒子结合成一个C,C原子的质量是12.000 0 uHe原子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.6610-27kg,则()A
4、.反应过程中的质量亏损是m=0.007 8 uB.反应过程中的质量亏损是m=1.2910-29kgC.反应过程中放出的能量是7.27 MeVD.反应过程中放出的能量是1.1610-19J【解析】选A、B、C。核反应方程为HeC,质量亏损m=34.002 6 u-12.000 0 u=0.007 8 u。A正确。m=0.007 81.6610-27kg=1.2910-29kg,B正确。E=0.007 8931.5 MeV=7.27 MeV,C正确。E=7.271061.610-19J=1.1610-12J,D错误。5.分析图片,下列说法中正确的是()A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量B.质子
5、和中子的质量之和等于氘核的质量C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量【解析】选C。由题图知,若要将氘核拆散为分散的质子和中子需要吸收能量;反之,要把分散的核子结合成原子核,就会放出能量,故C正确,D错误。根据爱因斯坦质能方程,质子和中子的质量之和大于氘核的质量,故A、B错误。6.(多选)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,氢核的聚变反应可以看作是4个氢核H)结合成1个茨核He)。表中列出了部分粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量),以下说法中正确的是()粒子名称质子p粒子电子e中子n质量/u1.007 34.001 50.0
6、00 551.008 7A.核反应方程式为HHe+eB.核反应方程式为HHe+eC.4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.02715 uD.4个氢核聚变反应过程中释放的能量约为24.8MeV【解析】选B、D。根据电荷数守恒、质量数守恒可知核反应方程为HHe+e,故B正确,A错误。在核反应过程中质量亏损m=(41.007 3-4.001 5-20.000 55) u=0.026 6 u,释放的核能为E=mc2=0.026 6931.5 MeV=24.8 MeV,故C错误,D正确。二、非选择题(本大题共2小题,共24分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(12分)太阳不
7、断地向外辐射能量,太阳内部存在大量氢,在超高温作用下,氢原子被电离,互相碰撞能使4个氢核聚变成一个氦核,同时放出大量能量。已知质子质量mH=1.0078 u,粒子质量m=4.0026 u,正电子质量me=0.00055 u。(1)写出这个核反应方程式;(2)核反应中释放的能量为多少兆电子伏?(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026 J,则太阳每秒减少的质量为多少千克?【解析】(1)核反应方程为:HHe+e(2)核反应前后质量亏损为m=4mH-m-2me=(41.007 8-4.002 6-20.000 55)u=0.0275 u1 u相当于931.5 MeV的能量,故核反应释放的能量为E=
8、0.0275931.5 MeV25.6 MeV。(3)由E=mc2得每秒太阳质量减少m=kg4.2109 kg答案:(1)HHe+e(2)25.6 MeV(3)4.2109 kg8.(12分)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。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 2 u,氦原子的质量为4.002 6 u,中子的质量为1.008 7 u,1 u=1.6610-27
9、 kg。(1)写出氘和氚聚变的反应方程。(2)试计算这个核反应释放出来的能量。(3)若建一座功率为3.0105 kW的核聚变电站,假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能,求每年要消耗的氘的质量。(一年按3.2107 s计算,光速c=3.0108 m/s,结果保留两位有效数字)【解析】(1HHHen(2)根据爱因斯坦质能方程得E=mc2=(2.014 1+3.016 2-4.002 6-1.008 7)1.6610-27(3.0108)2 J2.810-12 J(3)每个氘原子质量mD=2.014 11.6610-27 kg=3.3410-27 kg核聚变电站产生的电能Pt=E则m=mD代入数据
10、得m23 kg。答案:(1HHHen(2)2.810-12 J(3)23 kg【总结提升】核反应中的能量守恒问题(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程式。(2)根据E=mc2计算释放核能。(3)看有无光子产生,如果没有,核反应释放的能量转化为生成的新核和新粒子的动能,利用动量守恒和能量守恒求解。(15分钟40分)9.(8分)(多选)如图所示,托卡马克(Tokamak) 是研究受控核聚变的一种装置,这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。根据以上信息,下述判断中可能正确的是()A.这种
11、装置的核反应原理是轻核的聚变,同时释放出大量的能量,和太阳发光的原理类似B.线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不逸出C.这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D.这种装置可以控制热核反应速度,使聚变能缓慢而稳定地进行【解析】选A、B、D。聚变反应原料在装置中发生聚变,放出能量,故A正确;线圈通电时产生磁场,带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而不飞出,故B正确;秦山、大亚湾核电站的原理是核裂变,托卡马克的原理是核聚变,故C错误;该装置使人们可以在实验中控制反应速度,平稳释放核能,故D正确。10.(8分)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电,显示了E
12、AST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m2He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He所产生的另一个粒子是质子B.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是电子C.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1-m3-m4)c2D.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1-m3-m2)c2【解析】选D。根
13、据核反应过程中质量数和电荷数守恒,可以写出该聚变反应方程式HHHen则两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子,故A、B不符合题意;根据核反应方程可知质量亏损m=2m1-m3-m2,根据爱因斯坦质能方程E=mc2,可得两个氘核聚变成一个He所释放的核能为E=(2m1-m3-m2)c2,故C不符合题意,D符合题意。11.(8分)(多选)一个氘核H质量为m1,一个氚核H质量为m2,它们结合成一个质量为m3的氦核。核反应方程如下HHHe+X,在这一核反应过程中释放E。已知光速为c,则以下判断正确的是()A.X是中子B.X是正电子C.X的质量为m1+m2-m3D.X的质量为m1+m2-m3-【解
14、析】选A、D。由电荷数守恒可知,X的电荷数为零;由质量数守恒可知X的质量数为1,故X为中子,选项A正确,B不正确。设X的质量为m,则反应中质量亏损m=m1+m2-m3-m,释放的核能E=mc2,可解得m=m1+m2-m3-,故选项C错误,D正确。12.(16分)太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量,这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去,其总功率达P=3.81026 W。(1)估算太阳每秒钟的质量亏损。(2)设太阳上的核反应都是HHe+e+2+28 MeV这种形式的反应(是中微子,其质量远小于电子质量,是穿透力极强的中性粒子),地日距离L=1.51011 m,试估算每秒钟太阳垂直照射
15、地面上每平方米有多少中微子到达。(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成,并且只有10%的质子可供“燃烧”,试估算太阳的寿命。(太阳的质量为2.01030 kg,质子的质量为1.6710-27 kg)【解析】(1)太阳每秒钟释放的能量为E=Pt=3.81026 J,由质能方程E=mc2可得m= kg4.2109 kg。(2)设E0=28 MeV,每秒钟的核反应的次数为:n=8.481037次每秒钟产生的中微子数为n1=2n=1.6961038个建一个以L为半径的球模型,球的表面积为S=4L2=2.8261023 m2则每平方米上有中微子的个数为:n2=61014个。(3)能发生反应的总质量为m1=M10%=2.0103010% kg=2.01029 kg,每次聚变用4个质子,每秒钟用的质子数为n3=4n=48.481037个,质子的质量mp=1.6710-27 kg,太阳的寿命为:t= s3.531017 s112亿年。答案:(1)4.2109 kg(2)61014个(3)112亿年关闭Word文档返回原板块
