教科版高中物理选择性必修三5.4核裂变核聚变练习2

5.4核裂变核聚变同步练习2一．选择题（共10小题）1．太阳辐射的能量来源于（）A．氢气燃烧的化学能 B．碳燃烧的化学能 C．释放的引力势能 D．内部的核反应产生的核能2．我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电．该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂．则（）A．铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等核，同时放出中子 B．裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能 C．石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度 D．可用铀238替代铀235作为核燃料3．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院中国“人造太阳”核聚变技术创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。下列关于核聚变的有关说法正确的是（）A．轻核聚变释放出能量，出现了质量亏损，所以轻核聚变过程质量数不守恒 B．轻核聚变后核的比结合能增大 C．中等大小的核的结合能最大 D．轻核聚变的反应称为链式反应4．2020年12月4日，我国自主设计建造的新一代“人造太阳”一一中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国核聚变发展获得重大突破。关于核聚变和核能，下列说法正确的是（）A．核聚变通常需要几百万开尔文以上的超高温，又称热核反应 B．太阳辐射的能量来源于核聚变，核聚变又称链式反应 C．一个氘核和一个氚核聚变的方程为：H+H→He+e D．核子平均质量越大，原子核越稳定5．2020年11月27日，我国自主三代核电“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，标志着我国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列．下列关于核电应用说法正确的是（）A．核裂变过程中质量数守恒，质量也守恒 B．铀是一种常用的核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：U+n→a+b+2n，则a+b可能是Ba+Sr C．核裂变生成物的结合能之和一定大于原来反应物的结合能之和 D．核电站的反应堆中常用镉棒使中子减速从而控制核反应速率6．日本政府计划将核废水排放到太平洋的事件引起了国际社会广泛关注，以下关于原子核相关说法正确的是（）A．所有元素都有天然放射性 B．原子核的半衰期与温度压强有关 C．太阳内部每天都在发生裂变反应 D．比结合能越大，原子核越稳定7．重核裂变的一个核反应方程为U+n→Xe+Sr+xn，已知U、Xe、Sr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则（）A．该核反应中质量增加 B．U的中子数为92 C．该核反应方程中x＝10 D．U的比结合能比Xe小，U比Xe更稳定8．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（）A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量 B．乙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 C．丙图中，原来有1000个氡222，经过一个半衰期的时间，一定还剩余500个 D．丁图中，链式反应属于轻核的聚变9．共和国勋章获得者于敏先生是一位伟大的核物理学家，在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题和理论问题。下列有关说法正确的是（）A．裂变比聚变产能效率高 B．核电站、氢弹都是利用了核聚变反应 C．氢弹的研制成功说明热核反应已经可控 D．氘核与氚核结合为氦核的聚变方程是H+H→He+n10．下列说法正确的是（）A．为了解释黑体辐射规律，爱因斯坦提出了能量量子化 B．目前核电站多数是采用核聚变反应发电 C．氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，原子总能量增加 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型二．多选题（共3小题）（多选）11．下列说法正确的是（）A．重核裂变后，新核的比结合能增大，裂变过程放出能量 B．康普顿效应是电磁波波动性的有力证据 C．静止的重核在真空匀强磁场中发生α衰变，如果新核与α粒子在磁场中恰好做匀速圆周运动，新核逆时针旋转，则α粒子一定也逆时针旋转 D．氢原子的核外电子在不同的能级间跃迁时会发出很多不同频率的电磁波，其中包括γ射线（多选）12．关于原子物理，下列说法正确的是（）A．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变 B．若某光恰好能使锌发生光电效应，则改用波长更长的光照射锌也能发生光电效应 C．γ射线是高速运动的电子流 D．的半衰期是5天，32克经过10天后还剩下8克（多选）13．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下列释放核能的反应方程，表述正确的是（）A．→是α衰变 B．→是核聚变反应 C．U+n→Ba+Kr+3n是核裂变反应 D．U+n→Ba+Kr+2n是β衰变三．解答题（共2小题）14．近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用轻核和的聚变反应产生一个α粒子和一个新粒子取得的．若和迎面碰撞，初速度大小分别为v1、v2，、、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，反应后α粒子的速度大小为v3，方向与的运动方向相同．（1）写出该核聚变反应的核反应方程；（2）求新粒子的速度（取m1运动方向为正，不计光子质量和动量，不考虑相对论效应）15．2007年3月1日，国家重大科学工程项引“EAST超导托卡马克核聚变实验装置“在合肥顺利通过了国家发改委组织的国家竣工验收。作为核聚变研究的实验设备，EAST可为未来的聚变反应堆进行较深入的工程和物理方面的探索，其目的是建成一个核聚变反应堆，届时从1升海水中提取氢的同位素氘。在这里和氚发生完全的核聚变反应，释放可利用能量相当于燃烧300公升汽油所获得的能量。这就相当于人类为自己制造了一个小太阳。可以得到无穷尽的清洁能源。作为核聚变研究的实验设备，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内，约束的办法有多种。其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料。如图所示为EAST部分装置的简化模型：垂直纸面的有环形边界的匀强磁场b区域，围着磁感应强度为零的圆形a区域，a区域内的离子向各个方向运动。离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束。设离子质量为m，电荷量为q，环形磁场的内半径为R1，外半径R2＝（1+）R1。（1）将下列核反应方程补充完整，指出哪个属于核聚变方程。并求出聚变过程中释放的核能E0．已知H的质量为m2，H的质量为m3．α粒子的质量为mα，n的质量为mn质子质量为mp，电子质量为me，光速为cA、H+H→He+B、U+n→Xe+Sr+C、Ra→Rn+D、Na→Mg+（2）若要使从a区域沿任何方向，速率为v的离子射入磁场时都不能越出磁场的外边界，则b区域磁场的磁感应强度至少为多大？（3）若b区域内磁场的磁感应强度为B．离子从a区域中心o点沿半径OM方向以某一速度射入b区域，恰好不越出磁场的外边界。请画出在该情况下离子在ab区域内运动一个周期的轨迹，并求出周期。5.4核裂变核聚变同步练习2参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．太阳辐射的能量来源于（）A．氢气燃烧的化学能 B．碳燃烧的化学能 C．释放的引力势能 D．内部的核反应产生的核能【考点】轻核的聚变；能源的分类与应用；能源与社会发展．【分析】明确太阳辐射是太阳内部发生核反应过程中释放出来的能量。【解答】解：太阳内部在不断地进行热核反应释放出大量的能量，这是太阳辐射能量的来源，故D正确，ABC错误；故选：D。2．我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电．该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂．则（）A．铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等核，同时放出中子 B．裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能 C．石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度 D．可用铀238替代铀235作为核燃料【考点】重核的裂变；结合能与比结合能．【分析】铀235受到中子轰击时进行分裂；裂变产生中等核的比结合能大于铀核的比结合能；在核反应堆中吸收中子控制反应速度的是镉棒；铀235吸收慢中子后即可产生核分裂。【解答】解：A、铀235受到中子轰击时，裂变成两块质量较轻的核，同时还能放出中子，该核反应方程为，故A错误；B、重核裂变的过程中有质量亏损，释放核能，故裂变产生中等核的比结合能大于铀核的比结合能，故B正确；C、在核反应堆中，吸收中子控制反应速度的是镉棒，并非石墨，故C错误；D、原子核铀238只有在被能量很大的快中子轰击时，才能发生裂变且概率很小，而原子核铀235吸收慢中子后即可产生核分裂，分裂后获得的能量可用来发电，则不能用铀238替代铀235作为核燃料，故D错误。故选：B。3．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院中国“人造太阳”核聚变技术创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。下列关于核聚变的有关说法正确的是（）A．轻核聚变释放出能量，出现了质量亏损，所以轻核聚变过程质量数不守恒 B．轻核聚变后核的比结合能增大 C．中等大小的核的结合能最大 D．轻核聚变的反应称为链式反应【考点】轻核的聚变；结核能与比结合能；质量亏损与质能方程．【分析】核反应中质量数与电荷数都守恒；中等大小的核比结合能最大，结合能不是最大；轻核聚变不能发生链式反应。【解答】解：A.核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒，与是否发生质量亏损无关，故A错误B.中等大小的核的比结合能最大，轻核聚变后是向中等核变化，所以核的比结合能增大，故B正确C.中等大小的核的比结合能最大，结合能不是最大，原子核的结合能还与核子数有关，核子数越多，结合能越大，故C错误D.轻核裂变时能发生链式反应，轻核聚变不能发生链式反应，故D错误故选：B。4．2020年12月4日，我国自主设计建造的新一代“人造太阳”一一中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国核聚变发展获得重大突破。关于核聚变和核能，下列说法正确的是（）A．核聚变通常需要几百万开尔文以上的超高温，又称热核反应 B．太阳辐射的能量来源于核聚变，核聚变又称链式反应 C．一个氘核和一个氚核聚变的方程为：H+H→He+e D．核子平均质量越大，原子核越稳定【考点】轻核的聚变．【分析】轻核聚变时，必须使轻核之间的距离达到10﹣15m，必须克服库仑斥力做功；原子核必须要有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生的作用范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文下才有这样的能量，所以核聚变又称为热核反应；太阳辐射的能量来源于核聚变；根据质量数守恒和电荷数守恒判断；核子平均质量越小，比结合能越大，原子核越稳定。【解答】解：A．当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，接近到10﹣15m而发生聚变，因此，核聚变又叫热核反应，故A正确；B．太阳辐射的能量来源于核聚变，而链式反应发生在核裂变中，故B错误；C．该方程不符合质量数守恒和电荷数守恒，故C错误；D．原子核中核子平均质量越小，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。故选：A。5．2020年11月27日，我国自主三代核电“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，标志着我国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列．下列关于核电应用说法正确的是（）A．核裂变过程中质量数守恒，质量也守恒 B．铀是一种常用的核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：U+n→a+b+2n，则a+b可能是Ba+Sr C．核裂变生成物的结合能之和一定大于原来反应物的结合能之和 D．核电站的反应堆中常用镉棒使中子减速从而控制核反应速率【考点】反应堆与核电站．【分析】核裂变过程中质量数守恒，质量会有亏损；根据质量数、电荷数守恒可判断核反应方程；放能核反应满足生成物的结合能之和大于原来反应物的结合能之和；核反应堆利用是核裂变，释放高速中子然后撞击其他原子核，造成链式反应。控制的方法就是利用控制棒阻隔高速的中子，让其与其他原子核的碰撞机会减少。【解答】解：A、核裂变过程中质量数守恒，质量会有亏损，故A错误；B、根据质量数、电荷数守恒，可知a+b应是+，故B错误；C、只有放能核反应满足生成物的结合能之和大于原来反应物的结合能之和，故C错误；D、核反应堆利用是核裂变，释放高速中子然后撞击其他原子核，造成链式反应。控制的方法就是利用控制棒阻隔高速的中子，让其与其他原子核的碰撞机会减少，故D正确。故选：D。6．日本政府计划将核废水排放到太平洋的事件引起了国际社会广泛关注，以下关于原子核相关说法正确的是（）A．所有元素都有天然放射性 B．原子核的半衰期与温度压强有关 C．太阳内部每天都在发生裂变反应 D．比结合能越大，原子核越稳定【考点】轻核的聚变；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；结合能与比结合能．【分析】不是所有元素都可能发生衰变，半衰期的大小与温度、压强无关，由原子核内部因素决定，太阳内部每天都在发生核聚变反应，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定．【解答】解：A、有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；B、半衰期的大小与温度、压强无关，由原子核内部因素决定．故B错误；C、太阳内部每天都在发生核聚变反应，故C错误；D、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定．故D正确。故选：D。7．重核裂变的一个核反应方程为U+n→Xe+Sr+xn，已知U、Xe、Sr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则（）A．该核反应中质量增加 B．U的中子数为92 C．该核反应方程中x＝10 D．U的比结合能比Xe小，U比Xe更稳定【考点】重核的裂变；结核能与比结合能．【分析】根据重核裂变的一个核反应方程可知x的数值；同时本题考查“重核裂变”，根据质量数和电荷数守恒，平均结合能等知识进行求解。【解答】解：A.发生重核裂变，会有质量亏损，故A错误；B.U的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，故B错误；C.根据质量数和电荷数守恒可知，x＝10，故C正确；D.比结合能越大，表示原子越稳定，故D错误。故选：C。8．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（）A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量 B．乙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 C．丙图中，原来有1000个氡222，经过一个半衰期的时间，一定还剩余500个 D．丁图中，链式反应属于轻核的聚变【考点】重核的裂变；α粒子散射实验；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；质量亏损与质能方程．【分析】在聚变反应的过程中要释放能量；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型；半衰期是大量放射性元素的原子核衰变的统计规律；重核分裂变为轻核的核反应是裂变。【解答】解：A、图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，该核反应的过程中要放出能量，故A正确；B、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故B错误；C、半衰期是大量放射性元素的原子核衰变的统计规律，对少数的放射性原子不能成立，故C错误；D、链式反应属于重核的裂变，故D错误。故选：A。9．共和国勋章获得者于敏先生是一位伟大的核物理学家，在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题和理论问题。下列有关说法正确的是（）A．裂变比聚变产能效率高 B．核电站、氢弹都是利用了核聚变反应 C．氢弹的研制成功说明热核反应已经可控 D．氘核与氚核结合为氦核的聚变方程是H+H→He+n【考点】轻核的聚变．【分析】重核裂变和轻核聚变都释放核能，裂变主要应用在核电站和原子弹方面，聚变主要应用在氢弹，核反应方程遵循质量数电荷数守恒。【解答】解：A、轻核聚变比重核裂变产能效率高，故A错误；B、核电站利用了核裂变，氢弹利用了核聚变，故B错误；C、可控热核反应还没有研制成功，故C错误；D、氘核与氚核结合为氦核的聚变方程是H+H→He+n，遵循质量数电荷数守恒，故D正确。故选：D。10．下列说法正确的是（）A．为了解释黑体辐射规律，爱因斯坦提出了能量量子化 B．目前核电站多数是采用核聚变反应发电 C．氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，原子总能量增加 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型【考点】重核的裂变；黑体黑体辐射及其实验规律；能量子与量子化现象；α粒子散射实验；玻尔理论与氢原子的能级跃迁．【分析】为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了能量量子化观点；目前核电站多数是采用核裂变反应发电；氢原子由高能级向低能级跃迁，原子总能量减小；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型。【解答】解：A、为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了能量量子化观点，故A错误；B、目前核电站多数是采用核裂变反应发电，故B错误；C、氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，即由高能级向低能级跃迁，放出能量，原子总能量减小，故C错误；D、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，发现汤姆孙提出的“枣糕模型”解释不了α粒子的大角度偏转问题，于是提出了原子的核式结构模型，故D正确。故选：D。二．多选题（共3小题）（多选）11．下列说法正确的是（）A．重核裂变后，新核的比结合能增大，裂变过程放出能量 B．康普顿效应是电磁波波动性的有力证据 C．静止的重核在真空匀强磁场中发生α衰变，如果新核与α粒子在磁场中恰好做匀速圆周运动，新核逆时针旋转，则α粒子一定也逆时针旋转 D．氢原子的核外电子在不同的能级间跃迁时会发出很多不同频率的电磁波，其中包括γ射线【考点】重核的裂变；康普顿效应；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】重核裂变后，出现质量亏损，新核的比结合能增大，裂变过程放出能量；康普顿效应有力的证明了光具有粒子性；静止的重核发生α衰变，新核和α粒子在磁场中都是逆时针旋转；γ射线是原子核反应中产生的高能电磁波，不能够从氢原子的核外电子跃迁得到。【解答】解：A、重核裂变后，出现质量亏损，新核的比结合能增大，裂变过程放出能量，故A正确。B、康普顿效应有力的证明了光具有粒子性，故B错误。C、新核和α粒子（He）都为正电荷，方向相反，根据左手定则，新核逆时针旋转，则α粒子一定也逆时针旋转，故C正确。D、氢原子的核外电子在不同的能级间跃迁时会发出很多不同频率的电磁波，但并不包括γ射线，γ射线是原子核反应中产生的高能电磁波。故D错误。故选：AC。（多选）12．关于原子物理，下列说法正确的是（）A．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变 B．若某光恰好能使锌发生光电效应，则改用波长更长的光照射锌也能发生光电效应 C．γ射线是高速运动的电子流 D．的半衰期是5天，32克经过10天后还剩下8克【考点】轻核的聚变；光电效应；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】明确太阳能源来自于核聚变；知道光电效应发生的条件以及三种射线的性质；掌握半衰期的应用方法。【解答】解：A、太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故A正确；B、波长越长的光的频率越小、能量越小，所以改用波长更长的光照射，锌不会发生光电效应，故B错误；C、β射线是高速运动的电子流，故C错误；D、的半衰期是5天，32克经过10天后还剩下8克，故D正确。故选：AD。（多选）13．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下列释放核能的反应方程，表述正确的是（）A．→是α衰变 B．→是核聚变反应 C．U+n→Ba+Kr+3n是核裂变反应 D．U+n→Ba+Kr+2n是β衰变【考点】轻核的聚变；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；重核的裂变．【分析】→He+n核聚变反应；→是重核裂变反应。【解答】解：AB、→He+n核聚变反应，故A错误，B正确。C、→是重核裂变反应，不是β衰变。故C正确，D错误。故选：BC。三．解答题（共2小题）14．近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用轻核和的聚变反应产生一个α粒子和一个新粒子取得的．若和迎面碰撞，初速度大小分别为v1、v2，、、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，反应后α粒子的速度大小为v3，方向与的运动方向相同．（1）写出该核聚变反应的核反应方程；（2）求新粒子的速度（取m1运动方向为正，不计光子质量和动量，不考虑相对论效应）【考点】轻核的聚变；动量守恒定律．【分析】①根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．②根据动量守恒求解新粒子的速度大小．【解答】解：①根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为：+→+，②取m1运动方向为正，由动量守恒得：m1v1﹣m2v2＝m3v3+（m1+m2﹣m3）v4；解得：v4＝答：①该核反应的方程式是：+→+，②新粒子的速度大小是．15．2007年3月1日，国家重大科学工程项引“EAST超导托卡马克核聚变实验装置“在合肥顺利通过了国家发改委组织的国家竣工验收。作为核聚变研究的实验设备，EAST可为未来的聚变反应堆进行较深入的工程和物理方面的探索，其目的是建成一个核聚变反应堆，届时从1升海水中提取氢的同位素氘。在这里和氚发生完全的核聚变反应，释放可利用能量相当于燃烧300公升汽油所获得的能量。这就相当于人类为自己制造了一个小太阳。可以得到无穷尽的清洁能源。作为核聚变研究的实验设备，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内，约束的办法有多种。其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料。如图所示为EAST部分装置的简化模型：垂直纸面的有环形边界的匀强磁场b区域，围着磁感应强度为零的圆形a区域，a区域内的离子向各个方向运动。离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束。设离子质量为m