7　核聚变教案公开课一等奖

学业分层测评(十八) (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是

(

) A．许多粒子都有自己的反粒子

B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系

C．质子属于强子

D．光子属于轻子

【解析】

根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确；光子属媒介子，D错误．

【答案】

ABC 2．(多选)下列说法正确的是

A．聚变是裂变的逆反应

B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，反应时放出能量

C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁

D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子

【解析】

聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C对；质子是最早发现的强子，故D错．

【答案】

BC 3．(多选)重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是(

) A．裂变过程质量增加

B．裂变过程质量亏损

C．裂变过程和聚变过程都有质量增加

1 (

)

D．聚变过程有质量亏损

【解析】

重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损．

【答案】

BD 4．(多选)下列所述正确的是(

) A．强子是参与强相互作用的粒子

B．轻子是不参与强相互作用的粒子

C．目前发现的轻子只有8种

21D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋3或－3

【解析】

由三类粒子的特性可知A、B正确；而目前发现的轻子只有6种，C错误；夸克模型经过几十年的发展，已知夸克有6种，它们带的电荷分别为元21电荷的＋3或－3，D正确．

【答案】

ABD 5．关于核聚变，以下说法正确的是(

) A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁

B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站

C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10

m以内，核力才能起作用

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．所以正确的只有选项A.

【答案】

A 6．(多选)如图19-7-1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)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(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(

) 2

图19-7-1 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

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】

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不飞出，故B正确；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，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．

【答案】

ABD 7．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(

)

【导学号：54472095】

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，故反应后质量变大

【解析】

聚变反应的比结合能大于裂变反应的比结合能，但参与的核子数目裂变大于聚变，故聚变反应释放的总能量不一定多，故A、C错，B对，由于聚变反应释放能量，发生质量亏损，故聚变后核的质量减少，故D错．

【答案】

B 8．如下一系列核反应是恒星内部发生的．

p＋12→136C―7N

p＋13→146C―7N

＋15→158O―7N＋e＋ν

＋13→137N―6C＋e＋ν

p＋14→157N―8O

p＋15→127N―6C＋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3

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＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×108 m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量．

【解析】

为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸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―→α＋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. 【答案】

3.95×10－12 J [能力提升] 9．(多选)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m2，32He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是

(

) 3A．两个氘核聚变成一个2He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

2C．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c

3D．两个氘核聚变成一个2He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2

31【解析】

由核反应方程22释放的核能应为ΔE1H→2He＋0X知X应为中子，＝(2m1－m3－m2)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 10．(多选)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．近年来，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4

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.则这个核反应释放出来的能量为(光速c＝3.00×108 m/s,1 u相当于931.5 MeV)(

)

【导学号：54472097】

A．2.8×10－10 J

C．1.75 MeV

B．2.8×10－12 J D．17.5 MeV 【解析】

核反应释放出来的能量：ΔE＝Δmc2，Δm＝(m氘＋m氚)－(mHe＋mn)＝0.018 8 u，由计算得：ΔE＝2.8×10－12 J＝17.5 MeV，故B、D正确

【答案】

BD 311．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，2He核的质量为3.015 0 u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成3释放的核能全部2He并放出一个中子，转化为机械能．(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，32He的质量可以认为是中子的3倍) (1)写出该核反应的反应方程式．

(2)该核反应释放的核能是多少？

(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?

【导学号：54472259】

231【解析】

(1)核反应方程为：21H＋1H→2He＋0n

(2)质量亏损为：Δm＝2.013 6×2 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为：

ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV

(3)设中子和32He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘3核的动能是E0，反应后中子和2He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得E1p2p2m2E1m1v1－m2v2＝0，E＝2m∶2m＝m＝3，E2＝3＝1.04 MeV

2121由能量的转化和守恒定律，得

E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV.

231【答案】

(1)21H＋1H→2He＋0n (2)3.26 MeV

(3)0.45 MeV 5

12．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．求：

(1)该聚变反应释放多少能量？

(2)若1 g氢完全聚变，能释放多少能量？

(3)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q＝3.36×107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u)

【导学号：54472260】

40【解析】

(1)核反应方程为：41→2He＋21e，所以Δm＝4mH－mHe－2me1H―＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u

ΔE＝0.029 961×931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.47×10－12 J.

(2)1 g氢完全聚变释放的能量为

1E＝4×6.02×1023×4.47×10－12 J＝6.73×1011 J

(3)相当于煤完全燃烧的质量为：

6.73×10114m＝7

kg＝2.00×10 kg.

3.36×10【答案】

(1)4.47×10－12 J

(2)6.73×1011 J (3)2.00×104 kg

6