高中物理：选择性必修第三册核裂变与核聚变

第五章原子核第四节核裂变与核聚变配套练习（含解析）一、单选题1.中国首台“华龙一号”核电机组于2020年11月份并网发电，有效缓解了新旧能源转换时期电力不足的问题，其核反应堆中的反应方程为肾U+[n—蓝Ba+鲁Kr+5；n,下列说法正确的是（ ）A.反应是衰变反应 B.反应过程中铀的半衰期减小C.反应过程中放出能量 D.£Ba的结合能比肾u的结合能大2.我国研制新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M"（又被称为“人造太阳”）在2020年12月4日在成都建成并实现首次放电。其所发生的可控核聚变方程是；H+：H->；He+X,已知：H、：H、；He和X的质量分别为叫、%、色和加4,真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）A.X是电子B,秦山核电站利用核聚变发电C.该核反应所释放的核能为△£=（〃+?-啊-mjc?D"H和；H的比结合能之和大于；He的比结合能3.目前核电站的核燃料主要为*U,其在反应堆中有很多种反应方式，其中一种为只U+[nf-Cs+?Rb+lla,生成物*Cs也会发生衰变，方程式为式Cs一2Ba+b,已知啜Cs的半衰期为30年，则下列说法正确的是（ ）a为质子，b为电子B.娱Cs原子核的比结合能比的小C.现有含12g*Cs的某化合物，90年后该化合物还含有1.5g啜CsD.环境温度升高，啜Cs的半衰期会变短4.对核反应的类型及粒子的判断，下列说法正确的是（ ）A.置u-^Th+X,式中X为电子，属于《衰变；H+：Hf；He+Y,式中丫为中子，属于核裂变；4N+；He->[O+K,式中K为质子，属于人工核转变D.二u+；nf普Xe+2Sr+Z,式中Z为5个氮核，属于a衰变.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，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）；H+；Hf；He+；n是人工核反应嗫Ba+；*r+3；n是核裂变反应，该反应吸收能量C.由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度D.核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束.下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）A.汤姆逊通过分析甲图中的。粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型B.乙图表明当一定频率的光照射到金属板，金属板会有光电子射出C.丙图表示的是磁场对。、£和/射线的作用情况，其中①是£射线，②是/射线D.丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工无法控制的核反应7.a粒子在近代物理实验中扮演了十分重要的角色。关于a粒子，下列说法正确是（ ）19世纪末，科学家们发现了a粒子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的1911年，卢瑟福通过对a粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型1919年，查德威克用镭放射出的a粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子一一质子1938年底，德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼在用a粒子轰击铀核的实验中发现了核裂变8.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M"（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是；H+：Hf；He+X已知：H、：H、：He和X的质量分别为处、此、诚和风,真空中的光速为a下列说法正确的是（ ）

A.X是质子B.大亚湾核电站利用核聚变发电C.该核反应所释放的核能为岫=（町+?-g-砥）/D.；H和:H的结合能之和大于；He的结合能9.下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（ ）卢瑟福a粒子散射实验乙：《34氢原子能级不意图34氢原子能级不意图丁:北乎光电效应演示实验、，光A.甲图中力处能观察到大量的闪光点，6处能看到较多的闪光点，。处观察不到闪光点B.图乙中用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能C.图丙中处于“=3能级的大量氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种频率的光D.丁图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来一定带负电2021年1月21日中广核集团在深圳召开2021年度媒体通报会，会议指出，2020年度中广核24台核电机组保持安全稳定运行，世界核运营者协会WAN0指标中，72.6%的指标达到世界先进水平，平均能力因子连续三年保持92%以上其中宁德核电2号机组全部WAN0指标达到卓越值。以下关于核能的有关说法正确的是（ ）A.宁德核电2号机组的核能是利用轻核聚变B.原子核比结合能越大原子核越稳定C.重核裂变是重核分裂成中等大小的核，核的比结合能减小D.重核裂变反应中亏损的质量变成了能量2020年12月4日，新一代“人造太阳”一中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是；H+：Hf；He+；n,海水中富含反应原料笊（汨），氟核（:H）可以用中子变击锂核解Li）得到。下列说法正确的是（ ）A.上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量B.中子轰击锂核（；L中反应方程为:n+；Lif：H+；HeC.中子击击锂核（；Li）发生了a衰变D.笊核（汨）和僦核（:H）的比结合能均比氨核（；He）的比结合能大12.山东海阳核电站建成并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击常U原子核的核反应方程为％U+；nf噜Xe+X+10,其中2；；U、；n、2Xe、X的质量分别为叫、吗、/、砥，其中喟Xe是不稳定的，其衰变的周期为T,真空中的光速为c,以下说法正确的是（ ）X原子核中含有的中子数为50B.该反应属于人工转变核反应C.该反应中释放的能量为:（g-9件-e-砥）c?D.经过27,一定质量的噜Xe原子核衰变了的质量占开始时的;二、填空题.4个氢核聚变成一个家核，同时放出两个正电子，释放出2.8X10%V的能量，写出核反应方程,并计算1g氢核完成这个反应后释放出 能量（1g氢核即1mol所包含的氢核的粒子个数为6.02X10"个）。.如图所示，铀235的其中一种链式反应示意图。完成铀核裂变的核反应方程（未标出的新核元素符号用“Kr”表示）2j；U+：nf々Ba+_+3；n,在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量 （选填“增大”或“亏损”）。.. + 啜Ba+；：Kr+yX是若干核反应的一种，其中；n为中子，X为未知粒子，y为X的个数，则X是（选填“质子”“中子”或“电子"），y=..在下列描述的核过程的方程中，属于a衰变的是,属于B衰变的是,属于裂变的是,属于聚变的是.（填正确答案标号）A.i；N+_：e2^U->^Th+^Hei；N+：Hef1O+；H2；R+：n->£Xe+葭Sr+2；n；H+；Hf；He+：n三、解答题.设有杯的同位素离子『Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出a粒子以后，变成铀的一个同位素离子，同时放出一个能量为E=0.09MeV的光子(已知lMeV=1.60xl0-'3J,光速c=3.0xl()8m/s,普朗克常量力=6.63*1()-打”)。(1)试写出这一过程的核衰变方程。(2)光子的波长为多少？(3)若不计光子的动量，则。粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比&：%为多少？(4)若不计光子的动量，则。粒子的动能为多少？(杯核质量班=238.99965u,铀核质量？=234.993470u,a粒子的质量为砥=4.001509u,lu=931.5MeV).核聚变能是一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。“国际热核聚变实验堆(ITE7?)计划“俗称”“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆。该装置中发生的核聚变反应是；H和：H聚变生成：He,释放能量。济可以自海水中提取，：H可由锂矿中制得。已知：H的质量为2.0141U,:H的质量为3.0160u,=He的质量为4.0026u,>的质量为l.OO83u,luc2=931.5MeVo(1)写出该聚变的核反应方程；(2)计算一次这样的热核反应过程释放出的能量；(3)若将“人造太阳”产生的电能输送到城市，送电功率为q=1.8xl06kw,采用超高压输电，输电电压为〃=500kV,而这种人造太阳发电机输出的电压为〃=18kV,要使输电线上损耗的功率小于输送电功率的5%,求输电线的总电阻。.两个动能均为1MeV的气核发生正面碰撞，引起如下反应：+ ：H+：H。(已知：H的质量图=2.0136u,；H的质量幽=3.0156u,1H的质量周=1.0073u,lu相当于931.5MeV的能量。结果均保留2位有效数字。)(1)此核反应中放出的能量△£为多少？(2)若放出的能量(包括最初的动能和核反应放出的能量，以后见此题目都这样理解)全部变为新生核的动能，则新生的僦核具有的动能是多少？.已知州:核质量为2.0136U,中子质量为1.0087u,；He核的质量为3.0150u。两个速率相等的笊核对心碰撞聚变成；He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为lu时，释放的能量为93L5MeV。除了计算质量亏损外，：He的质量可以认为是中子的3倍)(D写出该核反应的反应方程式；(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV,则反应前每个气核的动能是多少MeV?参考答案C【解析】A.反应是裂变反应，所以A错误；B.反应过程中铀的半衰期不变，所以B错误；C.裂变反应过程中放出能量，所以C正确；D.肾Ba的平均结合能比的平均结合能大，*Ba的结合能比的结合能小，所以D错误；故选C。C【解析】A.根据电荷数和质量数守恒，可知X是中子，故A错误；B.秦山核电站利用核裂变发电，故B错误；C.根据质能方程可知，该核反应所释放的核能为A£,=(w1+m2-/n,-zn4)c2故C正确；D.该核反应的过程中释放能量，：H和：H的比结合能之和小于；He的比结合能，故D错误。故选C。C【解析】A.根据质量数和电荷数守恒可知a的质量数为1、电荷数为0,b的质量数为0,电荷数为T,故a为中子，b为电子，故A错误；B.啜Cs是由*U发生裂变反应生成，所以＜Cs比%U稳定,则R；Cs的比结合能比的9U大,故B错误；C.90年后该化合物中剩余啜Cs的质量为90(1、记

m=12gxl-I=1.5g故C正确；D.放射性元素的半衰期是由核内部自身的因素决定的，根原子所处的化学状态和外部条件无关，所以环境温度升高，2Cs的半衰期不变，故D错误。故选C。

C【解析】A.TUf^Th+X,式中X质帛;数为4,电荷数为2,为。粒子，属衰变，选项A错误；：H+；Hf；He+Y,式中丫质量数为1,电荷数为0,为中子，属于核聚变，选项B错误；；4N+：Hef?o+K,式中K质量数为1,电荷数为1,为质子，属于人工核转变，选项C正确；D.旨u+；nf贯xe+^Sr+Z,式中Z为10个中子，属于重核裂变，选项D错误。故选CoD【解析】A.；H+；HT；He+；n是核聚变反应，故A错误；B.2；；U+：n-＞喝Ba+；：Kr+3：n是核裂变反应，反应过程中有质量亏损,则该反应放出能量,故B错误；C.由于裂变容易控制且发生的条件比聚变更低，则目前的核电站是利用的裂变，但聚变产能效率高，故C错误；D.核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束，故D正确。故选D。B【解析】A.卢瑟福通过分析。粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A选项错误；B.根据光电效应的规律可知，入射光的频率大于金属的极限频率时，才会有光电子射出，B选项正确；C.根据左手定则可知，射线①带正电，①是。射线，②不偏转，是7射线，C选项错误；D.丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，D选项错误。故选BoB【解析】A.19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，故A错误；

B.卢瑟福通过对a粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故B正确；1919年，卢瑟福用镭放射出的a粒子轰击氮原子核，从而发现了质子，实现了人类历史上第一次人工核反应，故C错误；1938年底，德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了核裂变，故D错误。故选BoC【解析】A.根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；B.大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；C.根据质能方程，该核反应所释放的核能为A£=（叫+«!?一砥一机&）/c正确；D.比结合能大的原子核更稳定，一个笊核与一个僦核结合成一个核时，释放能量，则；He更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则；H和；H的比结合能之和小于；He的比结合能，D错误。故选C。C【解析】A.甲图是卢瑟福a粒子散射实验，大多数粒子不发生偏转，少数粒子发生明显偏转，极少数粒子发生较大角度的偏转，甚至是反向，故。处可以接收到少数粒子，A错误；B.链式反应中铀原子核被中子轰击后发生的是裂变反应，B错误；C.一个氢原子从〃=3能级向低能级跃迁，可能放出一种光子，也可能放出两种光子，大量处于〃=3的氢原子向低能级跃迁会放出3种光子，C正确；D.验电器指针张角变大说明经过弧光灯照射以后锌板所带电量增加了，因光电效应中从锌板逸出的是电子，锌板会因此带正电荷，所以根据指针张角变大可以判断锌板原来带正电，D错误；故选CoB【解析】A.现在所有投入运营的核电站用的都是重核裂变，A错误；B.原子核比结合能越大，核子结合的越牢固，原子核越稳定，B正确；

c.重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核的比结合能增大，C错误；D.核裂变反应中释放核能有质量亏损，质量与能量之间存在一定的关系，但不是质量转变为能量，D错误。故选B。B【解析】A.核反应过程中会出现质量亏损，所以生成物的质量不等于反应物的质量，故A错误；B.中子轰击锂核（；Li）反应方程为:n+；Lif：H+；He,故B正确；C.a衰变是指原子核自发的放射出一个;He核而转变为其他原子核，故C错误；D.笊核（：H）和瓶核（：H）经聚变反应生成;He核，同时放出能量，所以笊核（：H）和晁核（；H）的比结合能小于氨核（：He）的比结合能，故D错误。故选B。D【解析】A.根据核反应方程中质量数，电荷数守恒可写出该核反应方程为.U+：nf.X*X+lO；n故可知X原子核中含有的中子数为52,故A错误；B.该核反应为重核裂变反应，故B错误；C.该核反应中释放的能量为AE=A/nc2=（班-9的-m3-m4）c2故C错误；D.根据半衰期公式加余=产可知，经过27一=（%」4所以可知原子核衰变了的质量占开始时的;，故D正确。故选D。4；HTHe+2；e4.214xlO29eV【解析】[1]核反应方程为4；H->*He+2；e1g氢可发生聚变的次数为n=^-=1.5O5xlO234故释放的总能量为E=nE0=1.505xlO23x2.8xl06eV=4.214xlO29eV；：Kr亏损【解析1[1]根据核电荷数守恒得Kr的质子数92-56=36根据质量数守恒得Kr的质量数235+1-144-3=89所以铀核裂变的核反应方程为aU+：nf々Ba+；：Kr+3：n[2]爱因斯坦质能方程为E=me2若核反应中的质量亏损为,释放的核能AE=Amc2所以在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量亏损。中子3【解析】[1][2]设X的质量数为加，质子数为，则在核裂变前后质量数守恒可知235+1=141+92+阳电荷数守恒92=56+36+〃)解得炉1n=0由此判断粒子为中子，片3。CABEF【解析】口].在下列描述核过程的方程中，属于。衰变的是空Uf22Th+；He,答案标号是C；⑵.属于。衰变的是乳T；N+_；e和::PT；：S+_；e,答案标号是AB；⑶.属于裂变的是嗡U+：nTtXe+茶r+2；n,答案标号是E；.属于聚变的是:H+：Hf；He+；n,答案标号是F.„0 , 46(1)1PuT^u+：He；(2)1.38xlO-"m； (3)7：(4)4.190MeV【解析】核反应中遵循质量数守恒和电荷数守恒，故乎Puf肾U+；He由波长和能量的关系式lheE=—2则变形代入数据可得he2=y=1.38xl0-"m设衰变后，铀核速度为匕，a粒子的速度为匕，根据动量守恒有m-,v2—/n3v3=0在磁场中洛伦兹力提供向心力即v2qvB=m—

R则Ra=町3%=46“叫打,3 1(4)由能量守恒定律知，铀核与a粒子的总动能纥=纥u+线a=931.5(町―吗—E=4.261MeV结合m2V2=m3V3得235=——Ek=4.190MeV»235+4k(l)；H+；H-＞；He+；n+AE；(2)2.86x10*j；⑶小于6.9Q【解析】(1)根据核反应质量数守恒和电荷数守恒得:H+：Hf：He+；n+AE(2)核聚变的过程中亏损的质量A〃？=m2