高中物理考题精选（131）——轻核的聚变
1、科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电
答案 B
【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应。因此B正确。
2、在“嫦娥一号”卫星对月球探索中,月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3He)”的化学元素,是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3He)”,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3He)”与氘核聚变,下列说法中正确的是 ( )
A.核反应方程为HeHHeH
B.核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量
C.“氦3He)”一个核子的结合能大于“氦4He)”一个核子的结合能
D.“氦3He)”的原子核与一个氘核发生聚变将吸收能量
答案 选A。根据题意,核反应方程为HeHHeH,“氦3He)”与氘核聚变的核反应符合质量数与电荷数守恒,且聚变是放热反应,A正确;放出能量,质量减少,B、D错误;由原子结构知识可知C错误。
3、一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，
（1）写出核反应方程；（2）求该反应中释放的核能。
答案 （1）H＋2n→H （2） 4.2× eV
4、某种聚变的核反应方程是 ＋→＋X，其中X所表示的粒子是 ( )
A． B． C． D．
答案 C
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5、太阳的主要成分是氢，太阳的能量来源是氢核的聚变，核聚变反应可以看做是4个氢核结合成α粒子同时放出2个正电子．试写出核反应方程为 ，由表中数据可以计算出该聚变反应过程中释放的能量为 J(取1 u＝×10－26 kg)．
粒子名称
质子p
α粒子
电子e
中子n
质量/u
1.0073
4.0015
0.00055
1.0087
答案 ，Δm = (1.0073×4―4.0015―2×0.00055)u = 0.0266u = 4.43×10-29kg ，ΔE = Δmc2 =4.43×10-29×(3×108)2J = 4.0×10-12J
6、太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量。以上核反应过程的核反应方程 ，一次这样的过程释放的核能为 MeV
答案 （1） （2）3.26 MeV
7、太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子．如果太阳辐射能量的功率为P，质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mp、mHe、me，真空的光速为c，则
(1)写出上述核反应方程式；
(2)计算每一次聚变所释放的能量ΔE；
(3)计算t时间内因聚变生成的α粒子数n.
答案 (1)4H→He＋2e (2)(4mp－mHe－2me)c2
(3)
解析：(1)核反应方程式为4H→He＋2e①
(2)由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2②
核反应所释放的能量ΔE为
ΔE＝(4mp－mHe－2me)c2③
(3)由能量关系得P＝nΔE④
得n＝＝⑤
8、太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1
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u的质量相当于931.5 MeV的能量。以上核反应过程的核反应方程 ，一次这样的过程释放的核能为 MeV
答案 （1） （2）3.26 MeV（每空2分）
解析 （1）根据质量数守恒和电荷数守恒，可知空中应为
(2)根据质能方程可得：
ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6 u－3.015 0 u－1.008 7 u)×931.5 MeV＝3.26 MeV.
9、原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖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：，其中（ ）
（A） k=2，d=2 （B） k=1，d=4
（C） k=1，d=6 （D） k=2，d=3
答案 A
10、与新能源相关的核反应是21H+31H→42He+10n，关于这个核反应的下列说法中正确的是（ ）
A. 聚变反应 吸收核能 B. 聚变反应 释放核能
C. 裂变反应 吸收核能 D. 裂变反应 释放核能
答案 B
11、下列表示重核裂变的方程是（ ）
A． B．
C． D．
答案 D
12、能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。目前各国核电站应用的可能核反应方程是（ ）
A． B．
C． D．
答案 B
【解析】较易。考查核裂变反应方程以及各国核电站应用的核材料。要求能鉴别什么是裂变反应。
13、下列核反应方程的说法中正确的是（ ）
A．是α衰变方程
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B．是核裂变方程
C．是核聚变方程
D．是原子核人工转变方程
答案 D
【解析】选项A、D都是原子核的人工转变方程，选项B是核聚变方程，选项C是α衰变方程；故本题应选D。
14、下列说法正确的是（ ）
A．β射线比α射线更容易使气体电离
B．原子由激发态向基态跃迁时吸收能量
C．核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变
D．同一元素的两种同位素具有相同的质子数
答案 D
【解析】由三种射线的特点可知α射线的电离本领最强，α射线比β射线更容易使气体电离，A错误；原子由激发态向基态跃迁时向外辐射光子，释放能量，B错误；目前核反应堆产生的能量大都来自重核裂变，C错误；由同位素的定义可知D正确。
15、关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是（ ）
A．来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能
B．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能
C．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能
D．来自太阳中本身贮存的大量内能
答案 A
16、原子核聚变可以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 ,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
答案 B
17、下列核反应方程中,属于轻核聚变的是（ ）
A． B．
C． D．
答案 A
18、下列说法正确的是（ ）
A．放射性元素的半衰期与核内部自身因素、原子所处的化学状态和外部条件都有关
B．原子核的比结合能越大，核子结合得就越牢固，原子核越稳定
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C．光子具有波粒二象性，而电子和其它微观粒子不具有波粒二象性
D．太阳内部发生的核反应是核聚变反应
答案 下列说法正确的是
A．放射性元素的半衰期与核内部自身因素、原子所处的化学状态和外部条件都有关
B．原子核的比结合能越大，核子结合得就越牢固，原子核越稳定
C．光子具有波粒二象性，而电子和其它微观粒子不具有波粒二象性
D．太阳内部发生的核反应是核聚变反应
19、氘核结合成氦核的核反应方程如下：
①这个核反应称为 。
②要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文，式中17.6MeV是核反应过程中 （选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量 （选填“增加”或“减小”）了 kg（保留一位有效数字）
答案 ①聚变（或热核反应）②放出、减少、3×10-29
20、有一种核聚变反应为：H+H→H+X。已知H的质量为2.0136u，H的质量为1.0073u，X的质量为3.0180u。则下列说法正确的是（ ）
A．X是质子，该反应吸收能量
B．X是氕，该反应吸收能量
C．X是氘，该反应释放能量
D．X是氚，该反应释放能量
答案 D
21、质子和中子质量分别为m1和m2，当它们结合成氘核时，产生能量E，并以γ射线的形式放出。已知普朗克常数为h，真空中的光速为c，则氘核的质量和γ射线的频率的表达式分别为 （ ）
A． B．
C． D．
答案 B
22、据报导：我国科学家研制世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”，用来解决人类的能源之需，代替煤、石油等不可再生资源。“人造太阳”的实验装置模拟太阳产生能量的方式。从海水中提取氘和氚，使其在上亿度的高温下产生聚变反应，反应方程式为： H+H―→He+n+E。 设氘（H）的质量为m1，氚（H）的质量为m2氦（
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He）的质量为m3，中子（n）的质量为m4，c为光在真空中传播的速度。核反应放出的能量E的大小等于 （ ）
A．（m1+m2）c2 B．（m3+m4）c2
C．（m1+m2－m3－m4）c2 D．以上三项都不正确
答案 C
23、下面核反应方程中：，若用c表示光速，则（ ）
A．x是质子，核反应中放出的能量等于质子的质量乘以
B．x是中子，核反应中放出的能量等于质子的质量乘以
C．x是质子，核反应中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
D．x是中子，核反应中放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和再乘以
答案 D
24、一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是，以下说法中正确的是（ ）
A．反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度
D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确
答案 A、C
25、以mD、mP、mn分别表示氘核、质子、中子的质量，则（ ）
A．mD＝mP＋mn B．mD＝mP＋2mn
C．mD＞mP＋mn D．mD＜mP＋mn
答案 D
26、核聚变能量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2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u, 1u=1.66×10－27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程。
（2）试计算这个核反应释放出来的能量。
（3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？
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（一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取二位有效数字）
答案 （1）（2）△E=（m2+m3－m4－m1）c2=2.8×10-12J（3）一年中产生的电能发生的核反应次数为所需氘的质量m=n×m2×1.66×10-27=23kg
27、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γ射线照射的静止氘核使之分解，核反应方程γ+D=P+n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（ ）
A． B．
C． D．
答案 C
28、质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，一个质子和一个中子结合成氘核时，若放出的能量全部转变为一个光子的能量，已知普朗克常量为h，真空中的光速为c。则放出的光子的频率为 （ ）
A． B．
C． D．
答案 B
29、一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为。已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c。若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为（ ）
A.NA B. NA C. 2NA D. 5 NA
答案 B
30、现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为：，那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的。已知的质量为m1，
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的质量为m2，则下列判断正确的是（ ）
A. B.
C. D.
答案 D
31、当两个中子和两个质子结合成一个α 粒子时，放出28.30 MeV的能量；当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV 的能量。则当6 个中子和6 个质子先结合成α粒子再结合成一个碳核时，释放的总能量约为( )
A . 21.04MeV B . 35.56 MeV C . 77. 64MeV D.92.16MeV
答案 ABD
32、中子、质子、氘核D的质量分别为mn、mp、mD，现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核，使之分解，用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？
答案 解：核反应方程是：γ+→+. (2分)核反应因质量亏损放出的能量ΔE=(mD－mp－mn)c2. (3分)质子和中子获得的总动能是：ΔE+E所以中子的动能为：En=(ΔE+E)= ［(mD－mp－mn)c2+E］. (3分)
3、若质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，同时释放的能量是（ ）
A．(m1+m2－m3)c2 B．m3c2
C．(2m1+2m2－m3)c2 D．(m3－2m1－2m2)c2
答案 C
34、据报道，最近我国科学家使用被称为“人造太阳”的中国环流器二号A实验装置，使其内部等离子体温度“跃升”到5500万摄氏度，朝聚变装置“点火”所需的上亿摄氏度高温迈进了一大步，中国环流器二号是我国第一个具有偏滤器托卡马克装置。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（真空的），magnet（磁）的两个字母以及kushka（线圈）的第一字母组成的缩写词，根据以上信息，判断下列说法正确的是 （ ）
A．这种装置中发生的核反应方程是H +H →He +n
B．这种装置中发生的核反应方程是U +n→Xe +Sr + 2n
C．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
D．这种装置与我国秦山、大亚湾核电站所使用的核装置的核反应原理相同
答案 AC
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35、某恒星内部发生一系列核反应，其中一类是H+C→E；E→F+e++v；H+F→G； H+G→H；H→I+e++v；H+I→L+He。核反应方程中，e+为正电子v为中微子，中微子的核电荷数为零，静质量数为零。则下列判断正确的是 （ ）
A．E与F为同位素 B．E与G为同位素
C．E与H为同位素 D．E与L为同一物质
答案 B
36、某核反应方程为。已知的质量为2.0136u，的质量为3.0180，质量为4.0026u，x的质量为1.0087u。则下列说法中正确是（ ）
A．x是质子，该反应释放能量 B．x是中子，该反应释放能量
C．x是质子，该反应吸收能量 D．x是中子，该反应吸收能量
答案 B
37、当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生光子辐射，对这一实验事实的下列说法中正确的是（ ）
A.核子结合成原子核时，要放出一定能量
B.原子核分裂成核子时，要放出一定能量
C.光子质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和
D.光子具有一定能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和
答案 AD
38、一个氘核和一个氚核结合成一个氦核的过程中，释放出的能量是△E。已知阿伏加德罗常数为NA，则2克氘与3克氚完全结合成氦的过程中，释放出的能量为 ( )
答案 A
39、目前的核电站都是用铀235作核燃料，通过裂变获得核能。假如我们用氘和氚作核燃料，通过聚变获得核能，问两种方法所需核燃料质量之比为多少？
提供的数据有：一个铀235核在裂变时放出△EU = 200MeV的核能，氘原子质量为2.01473u，氚原子质量为3.01701u，氦原子的质量为4.00388u，中子质量为1.00867u，电子质量为0.00055u,
答案 解：氘核与氚核聚变的核反应方程式为由于提供的数据为原子的质量，反应前核的总质量应为原子的总质量减去5个电子质量；反应后的核总质量应为原子总质量减去4个电子质量，所以反应前后原子核的质量差为
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[2.01473＋3.01701一5×0.00055一（4.00378＋1.00867一4×0.00055)]u＝0.01874u。一个氘核与一个氚核聚变释放的核能为0.01874×931.5MeV＝17.5MeV。核材料释放的总能量可看作它所含的核子数乘以每个核子平均释放的能量，而核子的质量可看成都是一样的（三位有效数）。这样，核反应释放的总能量相同，所需的核材料的质量与核子平均释放的能量成反比，因此，裂变和聚变所需的核材料质量之比为点评：由以上计算可看出，相同质量的核材料，聚变释放的能量要大得多。
40、四个氢核在某种条件下，可以聚变成一个氦核，同时放出两个电子。
(1)写出聚变方程
(2)计算释放的能量
(3)使lg氢完全聚变，能放出多少焦耳能量？（氢核的质量mp=1.008142u，氦核的质量 = 4.001509u，电子的质量,1eV=1.6 ×10-19J)
答案 解： (1) (2)
(3)
41、太阳的能量来自轻核的聚变。太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看到是4个氢核合成1个氦核同时放出2个正电子，设氢核（）的质量为m1，氦核（）的质量为m2，正电子（）的质量为m3，光在真空中的传播速度为c，该核聚变反应释放的能量为（ ）
A.4m1c2 B.(m2+2m3)c2 C.(m1-m2-m3)c2 D.(4m1-m2-2m3)c2
答案 D
42、太阳内部的氢元素其质量大约占太阳质量的一半以上，在超高温条件下氢被电离并互相碰撞，能使四个质子聚变成一个氦核，同时释放大量的能量。
(1)写出此热核反应的反应方程。
(2)反应前后的质量亏损是多少?
(3)反应释放出能量是多少?
答案 ①4HHe＋2e＋能量 ②③略
43、两个氘核发生了如下核反应：，其中氘核质量为2.1036u，氢核质量为3.1050u，中子质量为1.0087u。求：
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①核反应中释放的核能。
②在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。
③假设反应中产生的氦核沿直线向原来静止的碳核(C)接近，受库仑力的影响，当它们的距离最近时，两个原子核的动能各是多少?
答案 ①释放的核能△E=3.26Mev ②=0.99Mev En=2.97MeV ③最近两者动能==0.04MeV Ec= =0.16Mev
44、太阳现在正处于主序星演化阶段. 它主要是由电子和、等原子核组成. 维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应. 核反应方程是释放的核能. 这些核能最后转化为辐射能. 根据目前关于恒星演化的理论, 若由于聚变反应而使太阳中的数目从现有数减少10%, 太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段. 为了简化, 假定太阳全部由电子和组成.
(1)为了研究太阳的演化进程, 需要知道太阳的质量M. 已知地球的半径R=6.4×106m, 地球的质量m=6.0×1024kg, 日、地间距离r=1.5×1011m, 地球表面的重力加速度g=10m/s2, 1年约为3.2×107s. 试估算太阳的质量.
(2) 已知质子的质量mp =1.6726×10-27kg, 的质量m=6.6458×10-27kg, 电子的质量me=0.9×10-30kg, 光速c=3×108m/s. 求每发生一次题中核聚变反应所释放的能量.
(3) 又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上, 每秒钟通过的太阳辐射能=1.35×103W/m2. 试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求1位有效数字)
答案 （1）太阳质量M=2×1030Kg（2）4.2×10-12J（3）1010
45、就反应而言, 以下说法正确的是（ ）
A. 这个反应要吸收能量
B. 因为生成了新的物质, 所以它是一个化学变化
C. 这是一个核反应, 不是化学变化
D. 它既是化学变化, 又是核反应
答案 C
46、
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据报道，最近我国科学家使用被称为“人造太阳”的中国环流器二号A实验装置，使其内部等离子体温度“跃升”到5500万摄氏度，朝聚变装置“点火”所需的上亿摄氏度高温迈进了一大步，中国环流器二号是我国第一个具有偏滤器托卡马克装置。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（真空的），magnet（磁）的两个字母以及kushka（线圈）的第一字母组成的缩写词，根据以上信息，判断下列说法正确的是 （ ）
A．这种装置中发生的核反应方程是H +H →He +n
B．这种装置中发生的核反应方程是U +n→Xe +Sr + 2n
C．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
D．这种装置与我国秦山、大亚湾核电站所使用的核装置的核反应原理相同
答案 AC
47、某恒星内部发生一系列核反应，其中一类是H+C→E；E→F+e++v；H+F→G； H+G→H；H→I+e++v；H+I→L+He。核反应方程中，e+为正电子v为中微子，中微子的核电荷数为零，静质量数为零。则下列判断正确的是（ ）
A．E与F为同位素 B．E与G为同位素
C．E与H为同位素 D．E与L为同一物质
答案 B
48、当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生光子辐射，对这一实验事实的下列说法中正确的是（ ）
A.核子结合成原子核时，要放出一定能量
B.原子核分裂成核子时，要放出一定能量
C.光子质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和
D.光子具有一定能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和
答案 AD
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