高中物理 第4章 波與粒子 第3節(jié) 核聚變 第4節(jié) 核能的利用與環(huán)境保護(hù)學(xué)業(yè)分層測評 魯科版選修3-5
《高中物理 第4章 波與粒子 第3節(jié) 核聚變 第4節(jié) 核能的利用與環(huán)境保護(hù)學(xué)業(yè)分層測評 魯科版選修3-5》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第4章 波與粒子 第3節(jié) 核聚變 第4節(jié) 核能的利用與環(huán)境保護(hù)學(xué)業(yè)分層測評 魯科版選修3-5(6頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第3節(jié) 核聚變 第4節(jié) 核能的利用與環(huán)境保護(hù) (建議用時:45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說法正確的是( ) A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多 B.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個核子釋放的平均能量一定多 C.聚變反應(yīng)中粒子的平均結(jié)合能變大 D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核,故反應(yīng)后質(zhì)量變多 E.聚變反應(yīng)過程中釋放核能,故反應(yīng)后質(zhì)量減少 【解析】 在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多,但平均每個核子釋放的能量一定大,故A錯誤,B正確;由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大能量,則平均結(jié)合能一定增加,質(zhì)量發(fā)生虧損,故C、E正確,D錯誤. 【答案】 BCE 2.我國自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱:EAST,俗稱“人造太陽”).設(shè)可控?zé)岷藢?shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1,氚核(H)的質(zhì)量為m2,反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3,中子(n)的質(zhì)量為m4,光速為c,正確說法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:18850055】 A.這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H+H―→He+n B.由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1+m2=m3+m4 C.核反應(yīng)放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2 D.這種裝置與我國大亞灣核電站所使用裝置的核反應(yīng)原理相同 E.可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電 【解析】 核反應(yīng)方程為H+H―→He+n,選項(xiàng)A正確;反應(yīng)過程中向外釋放能量,故質(zhì)量有虧損,且釋放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,選項(xiàng)B錯誤,C正確;可控?zé)岷朔磻?yīng)為核聚變,大亞灣核電站所用核裝置反應(yīng)原理為核裂變,可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電,故D錯誤,E正確. 【答案】 ACE 3.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子(H)聚變?yōu)?個氦核(He)的熱核反應(yīng).核反應(yīng)方程是4H―→He+2X,這個核反應(yīng)釋放出大量核能.已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,真空中的光速為c.下列說法中正確的是( ) A.方程中的X表示中子(n) B.方程中的X表示電子(e) C.這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1-m2 D.這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2 E.這個核反應(yīng)過程中有兩個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為兩個中子 【解析】 由質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知,方程中的X表示電子e,A錯誤,B正確;這個核反應(yīng)過程中,生成物He中含有兩個質(zhì)子和兩個中子,故四個質(zhì)子中有兩個轉(zhuǎn)化為中子,同時放出兩個正電子,E正確;該反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1-m2-2m3,釋放的核能ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C錯誤,D正確. 【答案】 BDE 4.2006年9月28日,我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電,顯示了EAST裝置具有良好的整體性能,使等離子體約束時間達(dá)1 000 s,溫度超過1億度,這標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平.合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方.核聚變的主要原料是氘,在海水中含量極其豐富.已知氘核的質(zhì)量為m1,中子的質(zhì)量為m2,He的質(zhì)量為m3,質(zhì)子的質(zhì)量為m4,則下列說法中正確的是( ) A.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子 B.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子 C.兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為(2m1-m3-m4)c2 D.兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2 E.與受控核聚變比較,現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 【解析】 由核反應(yīng)方程2H→He+X知,X應(yīng)為中子,釋放的核能應(yīng)為ΔE=(2m1-m3-m2)c2,聚變反應(yīng)的污染非常小,而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性,故A、C錯誤,B、D、E正確. 【答案】 BDE 5.據(jù)新華社報(bào)道,由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試.下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:18850056】 A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H+H→He+n B.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U+n→Ba+Kr+3n C.根據(jù)公式E=mc2可知,核燃料的質(zhì)量相同時,聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多 D.根據(jù)公式E=mc2可知,核燃料的質(zhì)量相同時,聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同 E.核燃燒的質(zhì)量相同時,聚變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損大得多 【解析】 H+H→He+n是氫核聚變方程,故A項(xiàng)正確;根據(jù)氫核聚變特點(diǎn),相同質(zhì)量的核燃料,氫核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多,氫核聚變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損大得多,C、E正確. 【答案】 ACE 6.(2016青島二中檢測)我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有:(1)U+n→Sr+Xe+kn;(2)H+H→He+dn;關(guān)于這兩個方程,下列說法正確的是( ) A.方程(1)屬于α衰變 B.方程(1)屬于重核裂變 C.方程(2)屬于輕核聚變 D.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1 E.方程(1)中k=1,方程(2)中d=10 【解析】 方程(1)屬于重核裂變,方程(2)屬于輕核聚變,故A錯,B、C對.據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可求出k=10,d=1,故D對,E錯. 【答案】 BCD 7.某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應(yīng)方程為 H+C―→N+Q1?、?, H+N―→C+X+Q2?、?, 方程中Q1、Q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量如表: 原子核 H H He C N N 質(zhì)量/u 1.007 8 3.016 6 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 則可以推斷X是________,方程中Q1和Q2的大小關(guān)系是Q1________Q2. 【解析】 由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可判斷X為He,①式的質(zhì)量虧損為Δm1=1.007 8 u+12.000 0 u-13.005 7 u=0.002 1 u.②式的質(zhì)量虧損為Δm2=1.007 8 u+15.000 1 u-12.000 0 u-4.002 6 u=0.005 3 u,所以Δm2>Δm1根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可求解Q2>Q1. 【答案】 He < 8.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的: p+C→N N→C+e++μ p+C→N p+N→O O→N+e++μ p+N→C+α 其中p為質(zhì)子,α為α粒子,e+為正電子,μ為一種中微子.已知質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.672 64810-27 kg,α粒子的質(zhì)量mα=6.644 92910-27 kg,正電子的質(zhì)量me=9.1110-31 kg,中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì).真空中的光速c=3108 m/s.試計(jì)算該系列反應(yīng)完成后釋放的能量. 【導(dǎo)學(xué)號:18850057】 【解析】 為求出系列反應(yīng)完成后釋放的能量,將題中所給的各核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加,消去兩側(cè)相同的項(xiàng),系列反應(yīng)最終等效為4p→α+2e++2μ. 設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q,根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得Q=(4mp-mα-2me)c2 代入數(shù)據(jù)可得Q≈3.9510-12 J. 【答案】 3.9510-12 J [能力提升] 9.如圖431所示,托卡馬克(tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置,這個詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera (真 空 室)、magnet(磁)的頭兩個字母以及kotushka(線圈)的第一個字母組成的縮寫詞.根據(jù)以上信息,下列判斷中可能正確的是( ) 圖431 A.這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變,同時釋放出大量的能量,和太陽發(fā)光的原理類似 B.線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)而不溢出 C.這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同 D.這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案 E.該裝置是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束 【解析】 聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變,放出能量,故A對;線圈通電時產(chǎn)生磁場,帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不溢出,故B對;核電站的原理是裂變,托卡馬克的原理是聚變,故C錯;該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案,另一種方案是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束,故D對,E錯. 【答案】 ABD 10.我國自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽”——托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行獲得重大進(jìn)展,這標(biāo)志著我國已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國家行列.該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是H+H―→He+n,反應(yīng)原料氘(H)富存于海水中,而氚(H)是放射性元素,自然界中不存在,但可以通過中子轟擊鋰核(Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到. (1)請把下列用中子轟擊鋰核(Li)產(chǎn)生一個氚核(H)和一個新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整:________+n―→________+H. (2)在(1)中,每產(chǎn)生1 g氚的同時有多少個Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變?(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.01023 mol-1) (3)一個氘核和一個氚核發(fā)生核聚變時,平均每個核子釋放的能量為5.610-13 J,求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損. 【解析】 (1)核反應(yīng)方程為:Li+n―→He+H. (2)因?yàn)? g氚為 mol,根據(jù)核反應(yīng)方程,實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為mol,所以有2.01023個Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變. (3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,核聚變反應(yīng)中有5個核子參加了反應(yīng),5個核子釋放總能量ΔE=55.610-13J=2.810-12 J,所以質(zhì)量虧損為Δm== kg=3.110-29 kg. 【答案】 (1)Li He (2)2.01023個 (3)3.110-29 kg 11.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源.近幾年來,受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證,目前正在突破關(guān)鍵技術(shù),最終將建成商用核聚變電站.一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦,并釋放一個中子.若已知氘原子的質(zhì)量為2.014 1 u,氚原子的質(zhì)量為3.016 0 u,氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u,中子的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u=1.6610-27 kg. (1)寫出氘和氚聚變的反應(yīng)方程; (2)試計(jì)算這個核反應(yīng)釋放出來的能量; (3)若建一座功率為3.0105kW的核聚變電站,假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)化成了電能,求每年要消耗氘的質(zhì)量?(一年按3.2107 s計(jì)算,光速c=3.0108 m/s,結(jié)果取兩位有效數(shù)字) 【解析】 (1)氘和氚聚變的反應(yīng)方程為H+H→He+n. (2)該反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損Δm=2.0141 u+3.0160 u-4.0026 u-1.0087 u=0.0188 u=3.120810-29 kg 釋放的核能ΔE=Δmc2=3.120810-29(3108)2 J=2.810-12 J. (3)設(shè)每年要消耗的氘的質(zhì)量為M,氘原子的質(zhì)量為MD 由能量守恒可得:ΔEη=Pt 可得:M== kg=23 kg. 【答案】 (1)H+H→He+n (2)2.810-12 J (3)23 kg- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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