高中物理选修3-5人教版课时素养提升19-7-19-8核聚变粒子和宇宙

课时素养提升十八核聚变粒子和宇宙(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每题5分，共20分)1.下面是一核反应方程QUOTEHQUOTEHQUOTEHe+X。用c表示光速，则()A.X是质子，核反应放出能量为质子质量乘以c2B.X是中子，核反应放出能量为中子质量乘以c2C.X是质子，核反应放出能量为氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D.X是中子，核反应放出能量为氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘以c2【解析】选D。由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为QUOTEn(中子)，再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项正确。2.一个质子和一个中子聚变组合成一个氘核，同时辐射出一个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，下列说法正确的是 ()A.核反应方程是QUOTEHQUOTEnQUOTEH+γB.聚变反应的质量亏损Δm=m1+m2m3C.辐射出的γ光子能量E=(m3m1m2)cD.γ光子的波长λ=QUOTE【解析】选B。A项中核反应方程不满足质量数守恒，错误。B项中Δm正好是结合前核子总质量与原子核质量之差，由质能方程可知辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2m3)c2，C项错误。由c=λv及E=hν得，γ光子的波长为λ=QUOTE，故D错。3.(多选)(2020·承德高二检测)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QUOTEHQUOTEHHeQUOTEnB.“人造太阳”的核反应方程是QUOTEUQUOTEnBa+QUOTEKr+QUOTEnC.根据公式E=mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D.根据公式E=mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同【解析】选A、CQUOTEHQUOTEHHeQUOTEn是轻核聚变方程，“人造太阳”的核反应方程便是此方程，故A正确，B错误；根据核聚变特点，相同质量的核燃料，核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C正确，D错误。4.太阳内部持续不断地发生着4个质子QUOTEH)聚变为1个氦核QUOTEHe)的热核反应，核反应方程是QUOTEHQUOTEHe+2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是()A.方程中的X表示中子QUOTEn)B.方程中的X表示正电子QUOTEe)C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1m2D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1m2m3)c2【解析】选B。核反应方程为QUOTEHQUOTEHe+QUOTEe，即X表示正电子，这个核反应中质量亏损Δm=4m1m2-2m3，这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1m2-2m3)c2，选项B正确。【补偿训练】(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个QUOTECQUOTEC原子的质量是12.0000uQUOTEHe原子的质量是4.0026u，已知1u=1.66×10-27kg，则()A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.0078uB.反应过程中的质量亏损是Δm=1.29×10-29C.反应过程中放出的能量是7.266MeVD.反应过程中放出的能量是1.16×1019J【解析】选A、B、C。其反应方程是QUOTEHeQUOTEC。其质量亏损为Δm=(3×4.002612.0000)u=0.0078u，A项对；Δm=0.0078×1.66×10-27kg10-29kg，B项对；ΔE=0.0078×931.5MeV=7.266MeV，C项对；ΔE=7.266×106×1.6×1019J=1.16×1012二、计算题(12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)5.热核反应中所用的燃料——氘，在地球上储量非常丰富，1L海水中大约有0.3g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油相当。若氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，光速为c，阿伏加德罗常数为N(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程。(2)质量为M的氘参与上述聚变反应可释放出的能量为多少？【解析】(1)核反应方程为QUOTEHQUOTEHQUOTEHe。(2)核反应的质量亏损为Δm=2m1m2，ΔE=Δmc2=(2m1m2)c2，据题意得，质量为M的氘中的氘核数为n=QUOTENA质量为M的氘核参与聚变放出的能量为E=QUOTE=QUOTE。答案：(1QUOTEHQUOTEHQUOTEHe(2)QUOTE【补偿训练】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=3.0180u。(1)写出聚变方程。(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？【解析】(1)聚变方程QUOTEH+QUOTEnQUOTEH(2)质量亏损Δm=mH+2mnm=(1.0073+2×1.00873.0180)u=0.0067u，释放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每个核子放出的能量为QUOTEMeV=2.08MeV。答案：(1QUOTEH+QUOTEnQUOTEH(2)6.24MeV(3)2.08MeV【能力挑战区】6.(6分)(多选)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，中子质量为m2QUOTEHe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QUOTEHe所产生的另一个粒子是质子B.两个氘核聚变成一个QUOTEHe所产生的另一个粒子是中子C.两个氘核聚变成一个QUOTEHe所释放的核能为(2m1m3m4)c2D.与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性【解析】选B、D。由核反应方程知QUOTEHQUOTEHeQUOTEX，X应为中子，释放的核能应为ΔE=(2m1m3m2)c2，聚变反应的污染非常小。而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确。7.(12分)假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u。(1)聚变的核反应方程式是____________，在聚变核反应中释放出的能量为____________MeV(保留两位有效数字)。

(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为QUOTEHQUOTEHeQUOTELi，已知各核子比结合能分别为EH=1.112MeV、EHe=7.075MeV、ELi=5.603MeV，试求此核反应过程中释放的核能。【解析】(1)根据题中条件，可知核反应方程式为：QUOTEHQUOTEHQUOTEHeQUOTEn。核反应过程中的质量亏损：Δm=2mD(mHe+mn)=2×2.0136u(3.0150+1.0087)u≈3.5×103u。由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：ΔE=3.5×103×931.5MeV≈3.3MeV。(2QUOTEH和QUOTEHe分解成7个核子所需的能量为：E1=3×1.112MeV+4×7.075MeV