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7、8 核聚变粒子和宇宙基础巩固
1.多选关于聚变以下说法正确的是 A.两个氘核可以聚变成一个中等质量的原子核同时释放出能量B.同样质量的物质发生核聚变反应时放出的能量比同样质量的物质发生核裂变反应时释放的能量大得多C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应的原子核必须有足够大的动能答案BD
2.多选下列关于聚变的说法正确的是 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开尔文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开尔文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在地球内部也可以自发地进行解析轻核聚变时要使轻核之间距离达到10-15m所以必须克服库仑斥力做功A正确;原子核必须有足够的动能才能使它们接近到核力发生作用的范围实验证实原子核的温度必须达到几百万开尔文时才有这样的能量这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得故B、C正确;在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应但在地球内部不会自发地进行D错误答案ABC
3.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.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大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增大解析在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多故A错误;由于聚变反应中释放出巨大能量则比结合能一定增加质量发生亏损故C、D错误答案B
4.原子核聚变可给人类未来提供丰富的洁净能源当氘等离子体被加热到适当高温时氘核参与的几种聚变反应可能发生放出能量这几种反应的总效果可以表示为H→He+H+n+
43.15MeV由平衡条件可知 A.k=1d=4B.k=2d=2C.k=1d=6D.k=2d=3解析由质量数守恒和电荷数守恒分别有4k+d=102k+d=6解得k=2d=2正确选项为B答案B
5.利用氦3He和氘进行的聚变反应安全无污染容易控制月球上有大量的氦3每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦3的分布和储量已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是:Hen+
3.26MeV若有2g氘全部发生聚变则释放的能量是NA为阿伏加德罗常数 A.
0.5×
3.26MeVB.
3.26MeVC.
0.5NA×
3.26MeVD.NA×
3.26MeV解析2g氘核的摩尔数n=mol=1mol因为2个氘核聚变可放出
3.26MeV的能量所以2g氘核全部发生聚变时释放的能量为
0.5NA×
3.26MeV故C正确其他选项错误答案C
6.一个质子和两个中子聚变为一个氚核已知质子质量mH=
1.0073u中子质量mn=
1.0087u氚核质量m=
3.0180u1写出聚变方程2求释放出的核能多大3求平均每个核子释放的能量是多大解析1聚变方程H+H2质量亏损Δm=mH+2mn-m=
1.0073+2×
1.0087-
3.0180u=
0.0067u释放的核能ΔE=Δmc2=
0.0067×
931.5MeV≈
6.24MeV3一共有三个核子平均每个核子放出的能量为E==
2.08MeV答案1H+H
26.24MeV
32.08MeV
7.已知氘核质量为
2.0136u中子质量为
1.0087uHe核的质量为
3.0150u两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子释放的核能也全部转化为机械能质量亏损为1u时释放的能量为
931.5MeV除了计算质量亏损外He的质量可以认为是中子的3倍若测得反应后生成中子的动能是
3.12MeV则反应前每个氘核的动能是多少MeV解析核反应方程为Hen
①质量亏损为Δm=
2.0136×2u-
3.0150u+
1.0087u=
0.0035u
②释放的核能为ΔE=Δmc2=
0.0035×
931.5MeV=
3.26MeV
③设中子和He核的质量分别为m
1、m2速度分别为v
1、v2反应前每个氘核的动能是E0反应后中子和He核动能分别为E
1、E2根据动量守恒定律得m1v1-m2v2=0 又E=所以=3 E2==
1.04MeV由能量的转化和守恒定律得E1+E2=2E0+ΔE E0=
0.45MeV答案均为
0.45MeV能力提升
1.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是 AHenBHeHCHeAlnDBaKr+n解析A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程B项是用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程C项属于原子核的人工转变D项属于重核的裂变因此只有A项符合要求答案A
2.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是H→n已知H的质量为
2.0136uHe的质量为
3.0150un的质量为
1.0087u1u=931MeV/c2氘核聚变反应中释放的核能约为 A.
3.7MeVB.
3.3MeVC.
2.7MeVD.
0.93MeV解析氘核聚变反应的质量亏损为Δm=2×
2.0136u-
3.0150u+
1.0087u=
0.0035u释放的核能为ΔE=Δmc2=
0.0035×931MeV/c2×c2≈
3.3MeV选项B正确答案B
3.多选原子核的比结合能曲线如图所示根据该曲线下列判断正确的有 AHe核的结合能约为14MeVBHe核比Li核更稳定C.两个H核结合成He核时释放能量DU核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析由题图可知He的比结合能为7MeV因此它的结合能为7MeV×4=28MeVA项错误;比结合能越大表明原子核中核子结合得越牢固原子核越稳定结合题图可知B项正确;两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时会释放能量C项正确;由题图可知U的比结合能即平均结合能比Kr的小D项错误答案BC
4.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应核反应方程为HeHeBe+γ以下说法正确的是 A.该核反应为裂变反应B.热核反应中有质量亏损会放出巨大能量C.由于核反应中质量数守恒所以质量也是守恒的D.任意原子核内的质子数和中子数总是相等的解析该核反应为聚变反应故A错误;裂变和聚变都会有质量亏损都会放出巨大的能量故B正确;核反应中质量数守恒质量不守恒故C错误;原子核内的质子数和中子数不一定相等故D错误答案B
5.多选科学家使用核反应获取氚再利用氘和氚的核反应获得能量核反应方程分别为:X+YHeH+
4.9MeV和He+X+
17.6MeV下列表述正确的有 A.X是中子B.Y的质子数是3中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应解析核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒则由He+X+
17.6MeV知X为n由X+HeH+
4.9MeV知Y为Li其中Y的质子数是3中子数也是3选项A正确、选项B错误;两个核反应都释放出核能故都有质量亏损选项C错误;X+HeH+
4.9MeV是原子核的人工转变H+Hen+
17.6MeV为轻核聚变选项D正确答案AD
6.多选如下的说法中正确的是 AHen是轻核聚变反应B.β衰变说明了原子核中有电子C.光电效应说明了光具有粒子性D.γ射线可用来消除静电解析Hen是轻核聚变反应太阳辐射能量来自于轻核的聚变故A正确;β衰变是中子转变成质子而放出的电子故B错误;光电效应说明了光具有粒子性故C正确;γ射线是高能光子即高能电磁波它是不带电的所以γ射线的电离作用很弱故D错误答案AC
7.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li发生核反应后生成氚核和α粒子生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反氚核与α粒子的速度之比为7∶8中子的质量为m质子的质量可近似看作m光速为c1写出核反应方程;2求氚核和α粒子的速度大小;3若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能求质量亏损解析1由题意可得核反应方程为LiHe2由动量守恒定律得mv=-3mv1+4mv2由题意得v1∶v2=7∶8解得v1=vv2=v3氚核和α粒子的动能之和为Ek=×3m×4mmv2释放的核能为ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2由爱因斯坦质能方程得质量亏损为Δm=答案1LiHe2v v 3。
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