高中物理第十九章原子核第七节核聚变第八节粒子和宇宙自我小测

第七节 核聚变第八节 粒子和宇宙

1．发生轻核聚变的方法是（ ） A．用中子轰击

B．保持室温环境，增大压强

C．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温 D．用γ光子照射

2．下列关于聚变的说法中，正确的是（ ） A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功

B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫热核反应

C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应

3．1964～1967年，我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功。下列核反应方程中属于原子弹和氢弹基本反应方程式的是（ ）

113 A.126C＋1H→7N 134 B.63Li＋0n→1H＋2He

1901361 C.23592U＋0n→38Sr＋54Xe＋100n 241 D.31H＋1H→2He＋0n

4.如图所示，中子内有一个电荷量为+e的上夸克和两个电荷量为-e的下夸克，这一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，下图给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是（ ）

1

5．原子核聚变可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

411621H→k2He＋d1H＋20n＋43.15 MeV

由平衡条件可知（ ）

A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2 C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3

6．如图所示，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）、komera（真空室）、magnit（磁）的头两个字母以及kotushka（线圈）的第一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中可能正确的是（ ）

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 7．下列说法不正确的是（ ）

341 A.21H＋1H→2He＋0n是聚变

1140941 B.235 U＋n→Xe＋Sr＋292054380n是裂变 2224 C.22688Ra→86Rn＋2He是α衰变 240? D.2411Na→12Mg＋?1e是裂变

2

8．如下一系列核反应是恒星内部发生的。

13 p＋126C→7N

N→136C＋e＋ν

＋

14 p＋13C→67N 15 p＋147N→8O

＋15158O→7N＋e＋ν

12 p＋15N→76C＋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＝3.00×10 m/s，

8

试计算该系列反应完成后释放的能量。

9．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变过程是

214123H＋31H→2He＋0n，反应原料氘（1H）富存于海水中，而氚（1H）是放射性元素，

自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核（63Li）的人工核转变得到。

3（1）请把下列用中子轰击锂核（6Li）产生一个氚核（31H）和一个新核的人工核转变

1方程填写完整：________＋0n→________＋31H。

（2）在（1）中，每产生1 g氚的同时有多少个63Li核实现了核转变？（阿伏加德罗常

数NA取6.0×10 mol）

（3）一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10

求该核聚变过程中的质量亏损。

3

－13

23

－1

J，

参考答案

1. 解析：轻核聚变需要几百万摄氏度以上，使核子间的距离达到10作用发生聚变反应，C项正确。 答案：C

2. 解析：聚变时，要使轻核之间的距离达到10

－15

－15

m以内，核力发 生

m，所以必须克服库仑斥力做功，A项正

确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明，原 子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量，氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引 发热核反应的，B、C项正确；在太阳和许多恒星内部存在着热核反应，D项正确。 答案：ABCD

3. 解析：原子弹内部发生的是裂变反应，氢弹内部发生的是聚变反应，C、D正确。 答案：CD

4. 解析：

本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个力的作用。电荷量为+e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个夸克，受力如图所示，由于F+的水平分力与F-大小相等，方向相反，故F+与F-的合力竖直向上。 答案：B

5. 解析：根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知

?2k?d?6,4k?d?2?12,

解得

?k?2,d?2,B对。

答案：B

6. 解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A对；线圈通电时产生磁场， 带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故B对；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故C错；该装置使人们可以在实验室控制反应速度，平稳释放核能，故D对。 答案：ABD

7. 解析：A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A说法正确；B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个（或更多）中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B说法正确；C选项的核反应中没有中子的轰击而自发地放出了α粒子，是α衰变，C说法正确；而D应是β衰变，故不正确。

4

答案：D

8. 解析：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 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 4mpc＝mαc＋2mec＋Q 代入数值可得

2

2

2

＋

Q＝3.95×10－12 J。

答案：3.95×10

－12

J

1439. 解析：（1）核反应方程为6Li＋n→He＋3021H

（2）因为1 g氚为

1123

mol，根据核反应方程，实现转变的Li也为 mol，所以有2.0×1033个63Li实现了转变。

（3）根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5个核子释放总能量ΔE＝5×5.6×10

－13

2

J＝2.8×10

－12

J，所以质量亏损为Δm＝

?E＝c22.8?10?12 kg

(3?108)2＝3.1×10

－29

kg。

42答案：（1）63Li

He （2）2.0×10个 （3）3.1×10

23－29

kg

5