1、第第 7 7 节节 核聚变核聚变 第第 8 8 节节 粒子和宇宙粒子和宇宙 1.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，显然是吸收能量 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，故选项 A 错误；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，故选项 B 错误；实现聚变需要高温，一旦出现故障， 高温不能维持，反应就
2、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，故选项 C 正确；质子是最早发现的强子，故选项 D 错误。 答案 C 2.原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子体被加热到适当 高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可 以表示为 621Hk42Hed11H210n43.15 MeV，由平衡条件可知( ) A.k1，d4 B.k2，d2 C.k1，d6 D.k2，d3 解析 由质量数守恒和电荷数守恒，分别有 4kd212，2kd6，解得 k 2，d2，选项 B 正确。 答案 B 3.下面是一核反应方程：21H31H42HeX。用 c
3、表示光速，则( ) A.X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以 c2 B.X 是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以 c2 C.X 是质子， 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量 和，再乘以 c2 D.X 是中子， 核反应放出的能量等于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 由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得 X 为10n(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，故选项 D 正确。 答案 D 4.(多选)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
4、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21H31H 42He10n B.“人造太阳”的核反应方程是235 92U10n141 56Ba9236Kr310n C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 Emc2 D.“人造太阳”核能大小的计算公式是 E1 2mc 2 解析 “人造太阳”是全超导核聚变实验装置， 核反应是轻核聚变而不是重核裂 变，故选项 A 正确，B 错误；核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选 项 C 正确，D 错误。 答案 AC 5.一个质子和一个中子聚变组合成一个氘核， 同时辐射出一个 光子。 已知质子、 中子、氘核的质量分别为
5、m1、m2、m3，普朗克常数为 h，真空中的光速为 c，下 列说法正确的是( ) A.核反应方程是11H10n 31H B.聚变反应的质量亏损 mm1m2m3 C.辐射出的 光子能量 E(m3m1m2)c D. 光子的波长 h （m1m2m3）c2 解析 选项 A 中核反应方程不满足质量数守恒，A 错误；选项 B 中 m 正好是 结合前核子总质量与原子核质量之差，B 正确；由质能方程可知辐射出的 光子 的能量为 E(m1m2m3)c2，选项 C 错误；由 c 及 Eh 得， 光子的波 长为 h （m1m2m3）c，故选项 D 错误。 答案 B 6.关于粒子，下列说法正确的是( ) A.电子、质
6、子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B.强子都是带电粒子 C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克 构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故选项 A、B 错误；夸克模型是研 究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为2 3e 和 e 3，说明电子电荷不再 是电荷的最小单位，故选项 C 错误，D 正确。 答案 D 7.(多选)下列关于夸克模型的说法正确的是( ) A.强子是由更基本的夸克组成的 B.夸克的电荷量分别为元电荷的2 3或 1 3 C.每种夸克都有对应的反夸克
7、D.夸克能以自由的状态单个出现 解析 夸克不能以自由的状态单个出现，选项 D 错误，A、B、C 正确。 答案 ABC 8.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优 先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在核电中长期发展规划 中要求 2020 年核电运行装机总容量达到 4 000 万千瓦的水平，请根据所学物理 知识，判断下列说法正确的是( ) A.核能发电对环境的污染比火力发电要小 B.核能发电对环境的污染比火力发电要大 C.现有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能 D.现有核电站既可以利用重核裂变，又可以利用轻核聚变释放大量的原子能 解析 目前，核电站都
8、用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是 比较清洁的能源，故选项 A、C 正确，B、D 错误。 答案 AC 9.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 1 1H12 6C13 7NQ1，11H15 7N 12 6CXQ2 方程中 Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表： 原子核 1 1H 3 2He 4 2He 12 6C 13 7N 15 7N 质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 以下推断正确的是( ) A.X 是32He，Q2Q1 B.X 是42He，Q2Q1 C.X
9、是32He，Q2Q1 D.X 是42He，Q2Q1 解析 根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核 X 的质量数为 4、 电荷数 为 2， 即 X 是42He； 根据表中提供的数据， 可以求得第 2 个核反应的质量亏损大， 根据爱因斯坦质能方程必然有 Q1Q2。 答案 B 10.氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H31H42He10n， 已知31H 的平均结合能是 2.78 MeV，21H 的平均结合能是 1.09 MeV，42He 的平均结合能是 7.03 MeV，则核 反应时释放的能量为多少 MeV? 解析 聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1(1.0922.783) MeV10.52
10、MeV。 反应后生成的氦核的结合能 E27.034 MeV28.12 MeV。 由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 EE2E1(28.1210.52) MeV17.6 MeV。 答案 17.6 11.一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量 mH1.007 3 u，中子质 量 mn1.008 7 u，氚核质量 m3.018 0 u。 (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11H210n31H (2)质量亏损 mmH2mnm (1.007 321.008 73.018 0) u0.006 7 u， 释放的核能
11、 Emc20.006 7931.5 MeV6.24 MeV。 (3)平均每个核子放出的能量为6.24 3 MeV2.08 MeV。 答案 (1)11H210n31H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV 12.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。 近几年来，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 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
12、子的质量为 1.008 7 u， 1 u1.6610 27 kg。 (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； (3)若建一座功率为 3.0105 kW 的核聚变电站， 假设聚变所产生的能量有一半转 化成了电能， 求每年要消耗的氘的质量。 (一年按3.2107 s计算， 光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字) 解析 (1)21H31H42He10n (2)Emc2(2.014 13.016 04.002 61.008 7)1.6610 2791016 J 2.810 12 J (3)M2Pt EMD 2310 83.21072.014 11.661027 2.810 12 kg 23 kg 答案 (1)21H31H42He10n (2)2.810 12 J (3)23 kg
