高中物理第十九章原子核7核聚变课后训练新人教版选修3_5
7 核聚变
课后训练
基础巩固
1.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
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平均每个核子释放的能量一定大
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，故反应后质量增加
2．关于核能的利用，下列说法正确的是( )
A ．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆
B ．在地球上，人类还无法实现聚变反应
C ．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”
D ．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能
3．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( )
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
4．有下列核反应：
①427213He+Al →301150P+n
②3111H+H →4
2He ＋γ
③19
9F ＋11H →16 8O ＋42He
④235
92U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n ＋γ
下列说法正确的是( )
A ．①是原子核的人工转变的反应方程式
B ．②是聚变的核反应方程式
C ．③是α衰变的反应方程式
D ．④是裂变的核反应方程式
5．关于聚变，以下说法中正确的是( )
A ．两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才能放出能量
B ．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好几倍
C ．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D ．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
6．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m 1，中子的质量为m 2，3
2He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法中正确的是
( )
A ．两个氘核聚变成一个3
2He 所产生的另一个粒子是质子
B ．两个氘核聚变成一个3
2He 所产生的另一个粒子是中子
C ．两个氘核聚变成一个3
2He 所释放的核能为(2m 1－m 3－m 4)c 2
D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
能力提升
7．(北京理综)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，普朗克常量为h ，真空中的光速为c 。下列说法正确的是( )
A ．核反应方程是1
1H ＋10n →31H ＋γ
B ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3
C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)c
D ．γ光子的波长λ＝2123()h m m m c
+- 8．我国自行设计并成功研制“人造太阳”——托卡马克实验装置，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21H ＋31H →4
2He ＋10n ，
反应原料氘(21H )富存于海水中，而氚(31H )是放射性元素，自然界中不存在，便可以通过
中子轰击(63Li )的人工核转变得到。则：
(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li )产生一个氚核(31H )和一个新核的人工核转变方程
填写完整；
6
3Li ＋( )→( )＋31H
(2)在(1)中，每生产1 g 的氚同时有多少个63Li 核实现了核转变？(阿伏加德罗常数N A
取6.0×1023
/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5.6×10－13 J ，求
该核聚变过程中的质量亏损。
9．氢弹首先由普通炸药引爆________，再利用它产生的高温高压引爆热核材料。若聚
变方程为21H ＋31H →42He ＋10n ＋17.6 MeV 。某氢弹爆炸放出的能量相当于引爆300万吨TNT ，已知1 kg TNT 炸药爆炸时放出能量为4.2×106
J ，求该氢弹爆炸时内部发生聚变反应的次数。
参考答案
1. 答案：B 点拨：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A 错误，B 正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C 、D 错误。
2. 答案：C 点拨：现有核电站均为重核裂变反应释放能量，而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A 、D 错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术，但还不能实现大规模的受控核聚变，故B 错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C 正确。
各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式。故选
A 、
B 、D 正确。
5. 答案：BD 点拨：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，所以选项A 错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，所以选项B 正确。裂变反应的条件是裂变物质
的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15 m ，故要求有足够大的动
能才能克服原子核间的斥力做功，所以选项C 错误，D 正确。
6. 答案：BD 点拨：由核反应方程23
11202H He X →+知X 应为中子，释放的核能应为
ΔE ＝(2m 1－m 3－m 2)c 2，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。
7. 答案：B 点拨：根据该反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：1
1H
＋1
0n →21H ＋γ，故选项A 错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，故选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故选项C 错误；由E ＝hc
λ知，γ光子的波长λ＝
123()h m m m c +-，故选项D 错误。 8. 答案：(1)1
0n 4
2He (2)2.0×1023个 (3)3.1×10－29 kg
点拨：计算核聚变中释放的核能，方法与其他核反应相似。首先，应算出聚变反应前的质量和反应后的质量，进而求出质量亏损Δm ＝m 前－m 后，再运用爱因斯坦质能方程ΔE ＝
Δmc 2求出释放的总能量。
(1)1
0n 42He
(2)因为 1 g 氚为13 mol ，根据核反应方程知实现核转变的63Li 也为13
mol ，所以有13
×6.0×1023个＝2.0×1023个63Li 实现了核转变。 (3)核聚变中有5个核子参加了反应，所以该核聚变中的质量亏损Δm ＝2E c ?＝13
825 5.610(310)
-??? kg≈3.1×10－29 kg 。 9. 答案：原子弹 4.47×1027
点拨：氢弹爆炸放出的总能量E ＝4.2×106×3×109 J ＝1.26×1016 J ，发生聚变的次数
N ＝16
6191.261017.610 1.610
E E -?=????次≈4.47×1027次。