第5章 5.3聚變與受控?zé)岷朔磻?yīng) 5．4核能利用與社會(huì)發(fā)展 學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)18

1、.學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)十八建議用時(shí)：45分鐘學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1關(guān)于輕核聚變釋放核能，以下說法正確的選項(xiàng)是 A一次聚變反響一定比一次裂變反響釋放的能量多B聚變反響比裂變反響每個(gè)核子釋放的平均能量一定多C聚變反響中粒子的平均結(jié)合能變小D聚變反響中由于形成質(zhì)量較大的核，故反響后質(zhì)量變多【解析】在一次聚變反響中釋放的能量不一定比裂變反響多，但平均每個(gè)核子釋放的能量一定大，故A錯(cuò)誤，B正確；由于聚變反響中釋放出宏大能量，那么平均結(jié)合能一定增加，質(zhì)量發(fā)生虧損，故C、D錯(cuò)誤【答案】B2多項(xiàng)選擇關(guān)于核聚變，以下說法正確的選項(xiàng)是 A世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站B要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的間隔 到達(dá)1015 m以內(nèi)

2、，核力才能起作用C地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量非常豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核D核聚變比核裂變更易控制【解析】與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：1平安、清潔、輻射少；2核燃料儲(chǔ)量多；3核廢料易處理但核聚變不易控制其發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行，所以B、C正確【答案】BC3多項(xiàng)選擇我國(guó)自行研制了可控?zé)岷朔错憣?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)反響前氘核H的質(zhì)量為m1，氚核H的質(zhì)量為m2，反響后氦核He的質(zhì)量為m3，中子n的質(zhì)量為m4，光速為c，正確說法正確的選項(xiàng)是 A這種裝置中發(fā)生的核反響方程式是HHHenB由核反響過程質(zhì)量守恒可知m1m2m3m4C核反響放出的

3、能量等于m1m2m3m4c2D這種裝置與我國(guó)大亞灣核電站所使用裝置的核反響原理一樣【解析】核反響方程為HHHen，選項(xiàng)A正確；反響過程中向外釋放能量，故質(zhì)量有虧損，且釋放的能量Emc2m1m2m3m4c2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；可控?zé)岷朔错憺楹司圩?，大亞灣核電站所用核裝置反響原理為核裂變，可控?zé)岷朔错懩壳斑€不能用于核電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電，故D錯(cuò)誤【答案】AC4太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子H聚變?yōu)?個(gè)氦核He的熱核反響核反響方程是4HHe2X，這個(gè)核反響釋放出大量核能質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c.以下說法中正確的選項(xiàng)是 A方程中的X表示中子nB方程中的X表示電子eC這個(gè)

4、核反響中質(zhì)量虧損m4m1m2D這個(gè)核反響中釋放的核能E4m1m22m3c2【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、B錯(cuò)誤；該反響中質(zhì)量虧損m4m1m22m3，釋放的核能Emc24m1m22m3c2，C錯(cuò)誤，D正確【答案】D5多項(xiàng)選擇一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，同時(shí)放出光子，核反響方程是HnH，以下說法中正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092094】A反響中氘核的質(zhì)量一定小于反響前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B反響前后的質(zhì)量數(shù)不變，因此質(zhì)量不變C光子的能量為mc2，m為反響中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度D因存在質(zhì)量虧損m，所以“物質(zhì)不滅的說法不正確【解析】核反響中質(zhì)量數(shù)與電荷

5、數(shù)及能量均守恒，由于反響中要釋放核能，會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，反響中氘核的質(zhì)量一定小于反響前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和，所以質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，釋放的能量會(huì)以光子的形式向外釋放，故正確答案為A、C.【答案】AC6一個(gè)氘核H與一個(gè)氚核H發(fā)生聚變，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核，并出現(xiàn)質(zhì)量虧損，聚變過程中 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092095】A吸收能量，生成的新核是HeB放出能量，生成的新核是HeC吸收能量，生成的新核是HeD放出能量，生成的新核是He【解析】聚變過程中存在質(zhì)量虧損，應(yīng)放出能量由核反響HHnHe，可知新核為He，B對(duì)【答案】B7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(gè)核反響方程為H

6、CNQ1，HNCXQ2，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HHHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 64.002 612.000 013.005 715.000 1那么可以推斷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，式的質(zhì)量虧損為m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u式的質(zhì)量虧損為m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，所以m2>m1根據(jù)質(zhì)能方程Emc2可求解Q2>Q1.【答案】He<8

7、如下一系列核反響是在恒星內(nèi)部發(fā)生的：pCNNCepCNpNOONepNC其中p為質(zhì)子，為粒子，e為正電子，為一種中微子質(zhì)子的質(zhì)量mp1.672 648×1027 kg，粒子的質(zhì)量m6.644 929×1027 kg，正電子的質(zhì)量me9.11×1031 kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)真空中的光速c3×108 m/s.試計(jì)算該系列反響完成后釋放的能量【解析】為求出系列反響完成后釋放的能量，將題中所給的各核反響方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)一樣的項(xiàng)，系列反響最終等效為4p2e2.設(shè)反響后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得Q4mpm2mec2代入數(shù)據(jù)可得Q3

8、.95×1012 J.【答案】3.95×1012 J才能提升9多項(xiàng)選擇如圖5­3­1所示，托卡馬克tokamak是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal環(huán)形的、kamera 真 空 室、magnet磁的頭兩個(gè)字母以及kotushka線圈的第一個(gè)字母組成的縮寫詞根據(jù)以上信息，以下判斷中可能正確的選項(xiàng)是 圖5­3­1A這種裝置的核反響原理是輕核的聚變，同時(shí)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(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不溢出C這種裝置同我國(guó)秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反響原理一樣D該裝置是利用聚變

9、物質(zhì)的慣性進(jìn)展約束【解析】聚變反響原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A對(duì)；線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不溢出，故B對(duì)；核電站的原理是裂變，托卡馬克的原理是聚變，故C錯(cuò)；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)展約束，故D錯(cuò)【答案】AB10多項(xiàng)選擇2019年9月28日，我國(guó)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(shí)間達(dá)1 000 s，溫度超過1億度，這標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)程度合肥也成為世界上第一個(gè)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

10、是氘，在海水中含量極其豐富氘核的質(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，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是 A兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為2m1m3m4c2D兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為2m1m3m2c2【解析】由核反響方程2HHeX知，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E2m1m3m2c2，聚變反響的污染非常小，而現(xiàn)行的裂變反響的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確【答案】BD11我國(guó)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(guó)已經(jīng)邁

11、入可控?zé)岷朔错戭I(lǐng)域先進(jìn)國(guó)家行列該反響所進(jìn)展的聚變過程是HHHen，反響原料氘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(qǐng)把以下用中子轟擊鋰核Li產(chǎn)生一個(gè)氚核H和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完好：_n_H.2在1中，每產(chǎn)生1 g氚的同時(shí)有多少個(gè)Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變？阿伏加德羅常數(shù)NA取6.0×1023 mol13一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量為5.6×1013 J，求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損【解析】1核反響方程為：LinHeH.2因?yàn)? g氚為 mol，根據(jù)核反響方程，實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為mol，所以

12、有2.0×1023個(gè)Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變3根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，核聚變反響中有5個(gè)核子參加了反響，5個(gè)核子釋放總能量E5×5.6×1013J2.8×1012 J，所以質(zhì)量虧損為m kg3.1×1029 kg.【答案】1LiHe22.0×1023個(gè)33.1×1029 kg12核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、平安可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)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，目前正在打破關(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響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(gè)中子假設(shè)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 u1.66×1027 kg. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092047】1寫出氘和氚聚變的反響方程；2試計(jì)算這個(gè)核反響釋放出來的能量；3假設(shè)建一座功率為3.0×105kW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3.2×107 s計(jì)算，光速c3.0×108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字【解析】1氘和氚聚變的反響方程為HHHen.2該反響過程的質(zhì)量虧損m2.0141 u