- 核聚变和受控热核反应
- 共134题
下列说法正确的是
正确答案
BD
A选项中在质子的轰击下发生的核反应,属于人工转变,A错;C选项是α衰变,不是裂变,C错。
一个静止的氮核N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A,A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同,B的质量是中子的11倍,速度是106 m/s,B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比RB∶RC=11∶30.求:
(1)C核的速度大小;
(2)根据计算判断C核是什么.
(3)写出核反应方程式.
正确答案
(1)3×106 m/s (2)He
(3)N+
n→
B+
He.
(1)由动量守恒定律:
mnvn=mBvB+mCvC,
所以vC=
= m/s
=3×106 m/s.
(2)由qvB=m得
R=
RB=,RC=
所以=
,
=
又因为qC+qB=7,所以qC=2,而mC=4
所以C核是He.
(3)N+
n→
B+
He.
(1)下列说法正确的是
[ ]
A.光电效应实验揭示了光的粒子性
B.某原子核经过一次α衰变后,核内质子数减少4个
C.重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损
D.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
(2)如图所示,一对杂技演员(都视为质点)荡秋千时从A点(秋千绳OA处于水平位置)由静止出发绕悬点O下摆,当摆到最低点B时,男女演员在极短的时间内互相将对方沿水平方向推出,两人向相反方向做一平抛运动,并能安全落到地面。若女演员的落地点刚好在初始位置A点的正下方,且已知男演员质量是女演员质量的2倍,秋千的质量不计。秋千的绳长为R,O点距地面高度为5R,不计空气阻力。求男演员落地点C与O点的水平距离。
正确答案
(1)AD
(2)6.5R
氘核的质量为2.0136u ,氦3的质量为3.0150u,中子的质量为1.0087u.两个氘核聚变成一个氦3
(1)写出核反应方程.
(2)计算两个氘核聚变释放的能量.
(3)计算1kg氘完全聚变为氦3所释放的能量.这能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能?(煤的热值为3.344×107J/kg)
正确答案
解:(1) 核反应方程为:
(2) 两个氘核聚变前后的质量亏损:
△m=2mD-(mHe+mn)=2×2.013 6u-(3.0150+1.0087)u=0.0035u
释放的核能△E=△mc2 =0. 0035×1.6606×10 -27×(3. 00×108)2J=5. 23×10 -13J .
(3)1 kg 氘所含的核数(个)
每2个氘核聚变释放的能量为5. 23×10 -13J ,
1kg 氘完全聚变成氦3所释放的能量
相当于燃烧煤的质量为
太阳的能量来源是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,核聚变反应可以看作是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子。试写出核反应方程,并由表中数据计算出该聚变反应过程中释放的能量(取1u = kg)。
正确答案
解:核反应方程为
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为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
物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这一理论,在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(24He)和两个正电子(10e)并放出能量.已知质子质量mP=1.0073u,α粒子的质量mα=4.0015u,电子的质量me=0.0005u. 1u的质量对应931.5MeV的能量.
(1)写出该热核反应方程;
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?(结果保留四位有效数字).
正确答案
(1)411H→24He+210e
(2)△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u=0.0267 u
△E=0.0267 u×931.5MeV/u=24.87 MeV
答:(1)该热核反应方程为 411H→24He+210e
(2)一次这样的热核反应过程中释放出 24.87 MeV能量.
(2)静止的锂核63Li俘获一个速度为8×106 m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氮核42He,它的速度大小是8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相同,求反应后产生的另一个粒子的速度。
正确答案
(1) 13.6 3 (2)8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相反
(1) 13.6(1分); 3(1分)
(2)完成此核反应的方程式:63Li+10n→42He+31H…………………………………1分
由动量守恒定律可知:mv1=4mv2+3mv3……………………3分
v3=-8×106 m/s………………………………………………1分
即:反应后所产生的另一个粒子的速度大小为8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相反。………………………………………………1分
(1)原子处于基态时最稳定,处于较高能级时会自发地向低能级跃迁。如图所示为氢原子的能级图。现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n=1)的氢原子上,被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,则照射氢原子的单色光的光子能量为 eV。用这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时,逸出的光电子的最大初动能是 eV。
(2)静止的Li核俘获一个速度
的中子而发生核反应,生成两个新核。已知生成物中
He的速度
,其方向与反应前中子速度方向相同。
①写出上述反应方程。
②求另一生成物的速度。
正确答案
(1)12.09 7.55(2)
【物理——物理3-5】
(1)12.09 7.55(每空2分)
(2)①核反应方程式为…………2分
②设中子、氦核、新核的质量分虽为,
它们的速度分别为,根据核反应动量守恒有:
负号说明新核运动方向与氦核相反。…………2分
两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的质量,m0=2.0136u,氦核的质量3.0150u,中子的质量,mu=1.0087u(1u相当于931MeV)。
(1)写出聚变方程并计算释放的核能。
(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35MeV。它们对心正碰发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?
正确答案
(1)3.26MeV (2)2.97MeV
(1)聚变的核反应方程:……………………(2分)
核反应过程中的质量亏损为
释放的核能为…………(2分)
(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即…………………………(1分)
反应前后总能量守恒,即…………(1分)
解得……………………(2分)
我国科学家经过艰苦努力,率先建成了世界上第一个全超导托克马克试验装置并调试成功。这种装置能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变,并稳定持续的输出能量,就像太阳一样为人类源源不断地提供清洁能源,被称为“人造太阳”。在该装置内所发生核反应的方程是,其中粒子X的符号是________。已知
H的质量为m1,
的质量为m2,
的质量是m3,X的质量是m4,光速为c,则发生一次上述核反应所释放核能的表达式为________。
正确答案
,(m1+m2-m3-m4)c2
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