人教版(新教材)高中物理选择性必修3课时作业5：5 4 核裂变和核聚变练习

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE14核裂变与核聚变考点一重核的裂变及链式反应1．(多选)当一个铀核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的总质子数比裂变前铀核的质子数少B．含有的总中子数比裂变前铀核的中子数少C．比结合能比裂变前铀核的比结合能小D．可能是多种形式的两个核的组合〖答案〗BD〖解析〗铀核裂变反应中，铀核吸收一个中子而释放出几个中子，与铀核相比，两个新核的总质子数没有发生变化，而总中子数减少，A错误，B正确；裂变发生质量亏损，释放能量，产物的比结合能更大，在铀核裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确．2．目前核电站获取核能的基本核反应方程可能是()A.eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,

54)Xe＋10eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H〖答案〗B〖解析〗现在的核电站用的是裂变反应获取能量，A是α衰变，故A错误；B是裂变反应，故B正确；C是β衰变，故C错误；D是发现质子的反应，故D错误．3．2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献．下列有关核反应的说法错误的是()A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力B．重核裂变反应前后一定有质量亏损C.eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝2D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小〖答案〗D〖解析〗目前核潜艇是利用重核裂变释放的核能提供动力，故A正确．根据质能方程可知，重核裂变反应前后一定有质量亏损，故B正确．根据质量数与电荷数守恒可知，eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝2，故C正确；铀核裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，故D错误．4.(2020·银川唐徕回民中学高三一模)作为我国核电走向世界的“国家名片”，华龙一号(如图1)是当前核电市场上接受度最高的三代核电机型之一，是我国核电创新发展的重大标志性成果，其国内外示范工程按期成功的建设，对我国实现由核电大国向核电强国的跨越具有重要意义．已知发电站的核能来源于eq\o\al(235,

92)U的裂变，现有四种说法：图1①eq\o\al(235,

92)U原子核中有92个质子，143个中子；②eq\o\al(235,

92)U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为：eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(139,

54)Xe＋2eq\o\al(1,0)n；③eq\o\al(235,

92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；④一个eq\o\al(235,

92)U裂变能放出200MeV的能量，相当于3.2×10－11J.以上说法中完全正确的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④〖答案〗D〖解析〗由eq\o\al(235,

92)U的质量数和电荷数关系可知，eq\o\al(235,

92)U原子核中有92个质子，143个中子，①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知，②正确；半衰期不受外界因素影响，③错误；通过计算知：200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，④正确．故选D.考点二核电站5．核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是()A．燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．燃料、中子源、原子能聚存和输送系统〖答案〗A〖解析〗核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，故A正确，B、C、D错误．6．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是()A．使用浓缩铀B．改变铀块的临界体积C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以控制中子数D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度〖答案〗C〖解析〗控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，可控制中子的数目，以达到控制核反应速度的目的，C正确．考点三核聚变7．(2020·广东高二期末)月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(eq\o\al(3,2)He)”的化学元素，可作为发电燃料．即利用氘和氦3发生的核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量，进行发电．关于“氦3”与氘核聚变反应，下列说法中正确的是()A．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少B．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应C．生成的新核是eq\o\al(4,2)HeD．核聚变反应需要的条件是氦3的体积足够大〖答案〗C〖解析〗释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，A错误；目前核聚变反应无法有效的控制，核电站利用的是重核裂变，B错误；核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，生成的新核是eq\o\al(4,2)He，C正确；轻核聚变在高温、高压下才可以发生，重核裂变才要求裂变物质体积达到临界体积，D错误．8．(多选)(2021·江西高二期中)核聚变能释放大量的核能，一种核聚变的反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n＋E，关于该方程，下列说法正确的是()A．X射线的电离本领比γ射线强B．X核的比结合能小于氘核的比结合能C．X核子与中子的质量之和大于氘、氚两核子的质量之和D．该核反应需要巨大的能量克服氘、氚核子间的库仑斥力〖答案〗AD〖解析〗由核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒，可知X是α粒子，其射线是α射线，电离本领比γ射线强，选项A正确；比结合能越大，原子核越稳定，X的比结合能大于氘核的比结合能，选项B错误；由于核聚变时释放能量，质量亏损，所以X核子与中子的质量之和小于氘、氚两核子的质量之和，选项C错误；要使该核反应发生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之间的库仑斥力，通常需要把它们加热到很高的温度，选项D正确．9．(2020·南宁三中高二期中)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A．这个反应的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γB．这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．辐射出的γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c2)〖答案〗A〖解析〗核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故A正确；该反应为聚变反应，故B错误；聚变反应中亏损的质量转化为能量，以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C错误；根据E＝eq\f(hc,λ)得光子的波长为λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c)，故D错误．10．太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子．已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mp，电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，N为阿伏加德罗常数．在这种核反应中1000g的氢核聚变所放出的能量为()A．1000(4mp＋mα＋2me)Nc2B．1000(mα＋2me－4mp)Nc2C．250(mα＋2me－4mp)Nc2D．250(4mp－mα－2me)Nc2〖答案〗D〖解析〗4个氢核聚变的质量亏损Δm＝(4mp－mα－2me)根据质能方程，核聚变释放的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c21000g氢核的个数为n＝eq\f(1000,1)N＝1000N1000g氢核聚变放出的能量E＝eq\f(n,4)ΔE＝250(4mp－mα－2me)Nc2，故选D.11．2020年12月，我国自主研制新一代“人造太阳”，“中国环流器二号M”装置首次成功放电，标志我国核物理发展取得重大突破．“人造太阳”中的核反应方程为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.下列说法正确的是()A．该核反应是核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能进行B．该核反应是核裂变反应，核反应方程式中的X是中子C．人造太阳释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D．核反应表明，原子核越重，比结合能越大〖答案〗C〖解析〗由质量数守恒和电荷数守恒可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，即X为中子；该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，反应过程中会释放更大的能量，故A、B错误；核聚变释放的能量可用质能方程ΔE＝Δmc2进行计算，故C正确；中等质量的原子核比结合能较大，故D错误．12．(2020·太和第一中学高二月考)用中子轰击铀核(eq\o\al(235,

92)U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(eq\o\al(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：(计算结果保留两位小数)mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.(1)试写出核反应方程；(2)求出反应中释放的核能；(3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦，求秦山核电站一年需要消耗多少千克的裂变原料？〖答案〗(1)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)3.22×10－11J(3)2.48×103kg〖解析〗(1)核反应方程eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)一个铀核发生反应的质量亏损Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn＝390.3139×10－27kg－234.0016×10－27kg－152.6047×10－27kg－2×1.6749×10－27kg＝0.3578×10－27kg.一个铀核裂变释放能量为ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(3×108)2J≈3.22×10－11J(3)秦山核电站一年需要消耗裂变原料m＝eq\f(650×107×365×24×3600,3.22×10－11)×390.3139×10－27kg≈2.48×103kg.13．(2021·北京高二期末改编)目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能．(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核(eq\o\al(1,1)H)聚变生成1个氦核(eq\o\al(4,2)He)和2个正电子．请你写出此核反应方程；(2)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了．有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略．请你通过计算说明这种观点的合理性．可能用到的数据：光速为c＝3×108m/s，太阳的