物理选修3选修3-5第十九章 原子核7 核聚变巩固练习

这是一份物理选修3选修3-5第十九章 原子核7 核聚变巩固练习，共3页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题
1．下列关于原子核聚变的说法不正确的是( A )
A．任何两个原子核都可以发生聚变
B．原子核必须在超高温下才能发生聚变
C．大量的氢原子核聚变时释放出惊人的能量
D．目前人类还不能有效控制原子核聚变
2．下列说法不正确的是( D )
A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)Heq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是聚变
B.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)neq \\al(140, 54)Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n是裂变
C.eq \\al(238, 92)Ueq \\al(234, 90)Tn＋eq \\al(4,2)He是α衰变
D.eq \\al(24,11)Naeq \\al(24,12)Mg＋eq \\al(0,－1)e是裂变
解析：裂变是重核分裂成质量较小的核的过程．
3．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是( B )
A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
解析：反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成．
4．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家庭”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( A )
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错．
二、双项选择题
5．下列说法正确的是( BD )
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
B．卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子核的大小
C．玻尔理论是依据α粒子散射实验分析得出的
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，总能量增大
解析：太阳辐射的能源主要来自聚变反应，A错；玻尔理论是在普朗克的量子论和爱因斯坦关于光子的概念下提出的，C错．
6．(2011年湛江二模)据报道，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( AC )
A．“人造太阳”的核反应方程是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)Heq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B．“人造太阳”的核反应方程是eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)neq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
C．根据公式ΔE＝Δmc2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ΔE＝Δmc2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释放的能量相同
解析：聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍，质量相同时，核子数更多．
7．下列说法中正确的是( AB )
A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量
B．使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1.5×10－15 m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内
C．要使核发生聚变反应，无须克服核力做功
D．热核反应只有在人工控制下才能发生
解析：由质能方程可知A正确；轻核结合成质量较大核，必须使轻核间的距离达到能产生核力的范围，才能使它们紧密地结合起来，B正确、C错误；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，D错误．
8．下列说法正确的是( BD )
A.eq \\al(15, 7)N＋eq \\al(1,1)Heq \\al(12,6)C＋eq \\al(4,2)He是α衰变过程
B.eq \\al(1,1)H＋eq \\al(2,1)Heq \\al(3,2)He＋γ是核聚变反应方程
C.eq \\al(238, 92)Ueq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He是核裂变反应方程
D.eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Aleq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n是原子核的人工转变方程
解析：A、D中核反应方程为人工核转变，B中核反应方程为聚变，C中核反应方程为衰变方程．
9．下列所述正确的是( CD )
A．原子是组成物质的不可再分的最小微粒
B．原子是最大的微粒
C．原子由原子核和核外电子构成，质子和中子组成了原子核
D．质子、中子本身也是复合粒子，它们也有着自己的复杂结构
解析：原子是由原子核和核外电子组成的，故A错；分子是比原子还大的微粒，故B错．
三、非选择题
10．在某些恒星内，三个α粒子结合成一个eq \\al(12, 6)C核．从元素周期表中查出eq \\al(12, 6)C的质量和eq \\al(4,2)He的质量，计算这个反应中放出的能量．
解：从元素周期表中查得eq \\al(12, 6)C的质量为12.000 0 u，eq \\al(4,2)He的质量为4.002 6 u．根据质能方程可以求出这个反应中放出的能量．
三个α粒子结合成一个eq \\al(12, 6)C核的质量亏损
Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u
放出的能量ΔE＝0.007 8×931 MeV＝7.261 8 MeV.
11．如下一系列核反应是在恒星内部发生的：
p＋eq \\al(12, 6)Ceq \\al(13, 7)N，eq \\al(13, 7)Neq \\al(13, 6)C＋e＋＋ν，
p＋eq \\al(13, 6)Ceq \\al(14, 7)N，p＋eq \\al(14, 7)Neq \\al(15, 8)O，
eq \\al(15, 8)Oeq \\al(15, 7)N＋e＋＋ν，p＋eq \\al(15, 7)Neq \\al(12, 6)C＋α，其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．
已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量为me＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×108 m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量．
解：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的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4pα＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得
4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q
代入数值可得：Q≈3.95×10－12 J.
12．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.
(1)写出氘和氚聚合的反应方程；
(2)试计算这个核反应释放出来的能量．
解：(1)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)Heq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
(2)核反应释放出来的能量为
ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016 0－4.002 6－1.008 7)×1.66×10－27×32×1016 J≈2.8×10－12 J.
13．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向( C )
A．一定与μ子同方向
B．一定与μ子反方向
C．一定与μ子在同一直线上
D．不一定与μ子在同一直线上
解析：中微子衰变μ子和τ子，满足动量守恒，μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，τ子必定也在这条直线上．
14．两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)．已知氘核的质量mD＝2.013 60 u，氦核的质量mHe＝3.015 0 u，中子的质量mn＝1.008 7 u.
(1)写出聚变方程并计算释放的核能；
(2)若反应前两个氘核的动能为0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转化为动能，则产生的氦核和中子的动能各为多大？
解：(1)聚变的核反应方程：2eq \\al(2,1)H―→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n核反应过程中的质量亏损为Δm＝2mD－(mHe＋mn)＝0.003 5 u
释放的核能为
ΔE＝0.003 5×931 MeV≈3.26 MeV
(2)对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的动量为0.即0＝mHevHe＋mnvn，反应前后总能量守恒，得
eq \f(1,2)mHeveq \\al(2,He)＋eq \f(1,2)mnveq \\al(2,n)＝ΔE＋2Ek0，
解得eq \\al(3,2)He核动能为EkHe＝0.99 MeV，中子的动能为
Ekn＝2.97 MeV.