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1、 第 5 章 5.3 聚变与受控热核反应 5 4 核能利用与社会发展 学业分层测评 18 第 2 页 学业分层测评(十八)(建议用时：45 分钟)学业达标 1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多 C聚变反应中粒子的平均结合能变小 D聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变多【解析】在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故 A 错误，B 正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D 错误【答案】B 2(多选)关于核聚
2、变，以下说法正确的是()A世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站 B要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 1015 m 以内，核力才能起作用 C地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核 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 B、C 正确【答案】BC 3(多选)我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为 m1，氚核(31H)的质量为 m2，反
3、应后氦核(42He)的质量为 m3，中子(10n)的质量为 m4，光速为 c，正确说法正确的是()第 3 页 A这种装置中发生的核反应方程式是21H31H 42He10n B由核反应过程质量守恒可知 m1m2m3m4 C核反应放出的能量等于(m1m2m3m4)c2 D这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同【解析】核反应方程为21H31H42He10n，选项 A 正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量 Emc2(m1m2m3m4)c2，选项 B 错误，C 正确；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，可控热核反应目前还不能用于核电站实现发电，
4、故D 错误【答案】AC 4太阳内部持续不断地发生着 4 个质子(11H)聚变为 1 个氦核(42He)的热核反应核反应方程是 411H42He2X，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(10n)B方程中的 X 表示电子(01e)C这个核反应中质量亏损 m4m1m2 D这个核反应中释放的核能 E(4m1m22m3)c2【解析】由质量数守恒和核电荷数守恒可知，方程中的 X 表示电子 01e，A、B 错误；该反应中质量亏损 m4m1m22m3，释放的核能 Emc2(4m1m22m3)c2，C 错
5、误，D 正确【答案】D 5(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是11H10n 21H，以下说法中正确的是()【导学号：06092094】A反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B反应前后的质量数不变，因而质量不变 C 光子的能量为 mc2，m 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速度 第 4 页 D因存在质量亏损 m，所以“物质不灭”的说法不正确【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放
6、，故正确答案为 A、C.【答案】AC 6一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，聚变过程中()【导学号：06092095】A吸收能量，生成的新核是42He B放出能量，生成的新核是42He C吸收能量，生成的新核是32He D放出能量，生成的新核是32He【解析】聚变过程中存在质量亏损，应放出能量由核反应21H31H10n42He，可知新核为42He，B 对【答案】B 7某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 11H12 6C 13 7NQ1，11H15 7N 12 6CXQ2，方程中 Q1、Q2表示释放的能量，相关的原
7、子核质量如表：原子核 11H 31H 42He 12 6C 13 7N 15 7N 质量/u 1.007 8 3.016 6 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 则可以推断 X 是_，方程中 Q1和 Q2的大小关系是 Q1_Q2.【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可判断 X 为42He，式的质量亏损为m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u式的质量亏损为 m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，所以 m2m1根据质 第 5 页 能方程 Emc2可求解 Q2Q1.
8、【答案】42He 8如下一系列核反应是在恒星内部发生的：p12 6C13 7N 13 7N13 6Ce p13 6C14 7N p14 7N15 8O 15 8O15 7Ne p15 7N12 6C 其中 p 为质子，为 粒子，e为正电子，为一种中微子已知质子的质量 mp1.672 6481027 kg，粒子的质量 m6.644 9291027 kg，正电子的质量 me1031 kg，中微子的质量可忽略不计真空中的光速 c3108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量【解析】为求出系列反应完成后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为 4p
9、2e2.设反应后释放的能量为 Q，根据质能关系和能量守恒得 Q(4mpm2me)c2 代入数据可得 Q1012 J.【答案】1012 J 能力提升 9(多选)如图 5-3-1 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，下列判断中可能正确的是()图 5-3-1 A这种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溢出 第 6 页 C这种
10、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该装置是利用聚变物质的惯性进行约束【解析】聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故 A 对；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故 B 对；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故 C 错；该装置是科学家设想的其中一种方案，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故 D 错【答案】AB 10(多选)2019 年 9 月 28 日，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 亿度，这标志着我国磁约束核
11、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 m2，32He 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32He 所产生的另一个粒子是质子 B两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子 C两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m1m3m4)c2 D两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m1m3m2)c2【解析】由核反应方程 221H32He10X 知，X 应为中子，释放的核能应为 E(2m1m3m2
12、)c2，聚变反应的污染非常小，而现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【答案】BD 11 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过程是21H31H42He10n，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 第 7 页(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：_10n _31H.(2)在(1)中，每产生 1 g 氚的同时有多少个63Li
13、 核实现了核转变？(阿伏加德罗常数 NA1023 mol1)1013 J，求该核聚变过程中的质量亏损【解析】(1)核反应方程为：63Li10n 42He31H.(2)因为 1 g 氚为13 mol，根据核反应方程，实现核转变的63Li 也为131023个63Li 实现了核转变(3)根据爱因斯坦质能方程Emc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5 个核子释放总能量 E510131012 J，所以质量亏损为 mEc2错误!1029 kg.【答案】(1)63Li42He 1023个 1029 kg 1027 kg.【导学号：06092047】(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；105107 s 计算，光速 c108 m/s，结果取两位有效数字)【解析】(1)氘和氚聚变的反应方程为21H31H42He10n.(2)该反应过程的质量亏损 m1029 kg 释放的核能 Emc21029(3108)21012 J.(3)设每年要消耗的氘的质量为 M，氘原子的质量为 MD 由能量守恒可得：MMDEPt 第 8 页 可得：MPtMDE 错误!kg23 kg.【答案】(1)21H31H42He101012 J(3)23 kg