1、19.7 核聚变 作业1一个氘核( H)与一个氚核( H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并21 31出现质量亏损，该聚变过程中( )A吸收能量，生成的新核是 He42B放出能量，生成的新核是 He42C吸收能量，生成的新核是 He32D放出能量，生成的新核是 He32【解析】 由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是 He，其核反应方42程式为 H H n He；由聚变反应中出现质量亏损可知，该反应放出能21 31 10 42量，B 选项正确 【答案】 B2发生轻核聚变的条件是( )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 光子照射【解析】 发生轻核聚变的
2、条件是使核的距离十分接近，达到 1015 m，这就要使原子核获得很大的动能，所用方法是把它们加热到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫做热核反应，C 选项正确 【答案】 C3氘核( H)和氚核( H)的核反应方程如下： H H He n.设氘核质量21 31 21 31 42 10为 m1，氚核质量为 m2，氦核质量为 m3，中子质量为 m4，则反应过程中释放的能量为( )A( m1 m2 m3)c2 B( m1 m2 m4)c2C( m1 m2 m3 m4)c2 D( m3 m4 m1 m2)c2【解析】 此反应的质量亏损为 m m1 m2 m3 m4，释放能量 E mc2( m1 m2
3、 m3 m4)c2.【答案】 C4氘和氚发生聚变反应的方程式是 H H He n17.6 MeV，若有 2 21 31 42 10g 氘和 3 g 氚全部发生聚变， NA为阿伏加德罗常数，则释放的能量是( )A NA17.6 MeV B5 NA17.6 MeVC2 NA17.6 MeV D3 NA17.6 MeV【解析】 由核反应方程可知 1 个氘核和 1 个氚核聚变成氦核时放出 17.6 MeV 能量和 1 个中子，则 1 mol 的氘和 1 mol 氚全部聚变成 1 mol 氦核时释放的能量为 E NA17.6 MeV.【答案】 A5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
4、应方程为 H C N Q1 H N CX Q2.方程式中 Q1、 Q2表示释放的能量，1 126 137 1 157 126相关的原子核质量见下表：原子核 H1 He32 He42 C126 N137 N157质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001以下推断正确的是( )AX 是 He， Q2Q1 BX 是 He， Q2Q132 42CX 是 He， Q2Q1.【答案】 B6中子 n、质子 p、氘核 D 的质量分别为 mn、 mp、 mD.现用光子能量为 E 的 射线照射静止氘核使之分解，反应方程为 Dpn.若分解后的中子、质子的动能可
5、视为相等，则中子的动能是( )A. (mD mp mn)c2 E B. (mp mn mD)c2 E12 12C. (mD mp mn)c2 E D. (mp mn mD)c2 E12 12【解析】 氘核分解成中子、质子时，质量增加 m mp mn mD，所以2Ek E( mp mn mD)c2得中子动能为 Ek (mD mp mn)c2 E故正确答案12为 C.【答案】 C7太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和 H、 He 等原子核1 42组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2 e4 H He释放的能量，这些核最后转化为辐射能根据目前关于恒星0 1 1 42演化的
6、理论，若由于聚变反应而使太阳中的 H 核数目从现有数减少 10%，太阳1将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段为了简化，假定目前太阳全部由电子和 H 组成1(1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 m1，已知地球半径R6.410 6 m，地球质量 m26.010 24 kg，日地中心的距离 r1.510 11 m，地球表面处的重力加速度 g 取 10 m/s2,1 年约为 3.2107 s，试估算目前太阳的质量 m1；(2)已知质子质量 mp1.672610 27 kg， He 质量 m 6.645810 27 kg，42电子质量 me0.910 30 kg，光速 c310 8 m/s
7、.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能【解析】 (1)设 T 为地球绕日心运动的周期，由万有引力定律和牛顿运动定律可知 G m2 2rm2m1r2 (2T)地球表面处重力加速度 g Gm2R2式联立得 m1 m2 2 (2T) r3R2g以题中所给数值代入得 m1210 30 kg.(2)根据质量亏损和质能方程，该核反应每发生一次释放的核能为 E(4 mp2 me m )c2.代入数值，解得 E4.210 12 J.【答案】 (1)210 30 kg (2)4.210 12 J8天文学家测得银河系中氦的含量约为 25%.有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后 2 分钟
8、左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的(1)把氢核聚变反应简化为 4 个氢核( H)聚变成氦核( He)，同时放出 2 个1 42正电子( e)和 2 个中微子( e)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反01应释放的能量(2)研究表明，银河系的年龄约为 t3.810 17s，每秒钟银河系产生的能量约为 11037J(即 P110 17J/s)现假定该能量全部自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断(可能用到的数据：银河系质量约为 M310 41 kg，原子质量单位 1 u1.6610 27 kg,1 MeV 相当于 1.61013 J 的能量，电子质量 m0.0005 u，氦核质量 m 4.0026 u，氢核质量 mP1.0078 u，中微子 e的质量为零)【解析】 (1)4 H He2 e2 e，1 42 01 m4 mp m 2 me， E mc24.1110 12 J(2)m m 6.110 39 kgPt E氦的含量 k 2%mM 6.1103931041(3)由估算结果可知， k2%远小于 25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的【答案】 (1)4.1110 12 J (2)2% (3)见解析
