2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册 5.4核裂变与核聚变 课时练（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
5.4核裂变与核聚变 课时练（解析版）
1．有下列反应：① He＋Al―→P＋n②H＋H―→He＋γ③F＋H―→O＋He④U＋n―→Sr＋Xe＋10n＋γ关于上面四个核反应方程，下列说法错误的是（　　）
A．①是原子核的人工转变的反应方程式
B．②是聚变的核反应方程式
C．③是衰变的反应方程式
D．④是裂变的核反应方程式
2．2021年1月30日，华龙一号全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。其核反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．此核反应属于原子核的聚变 B．此核反应属于原子核的裂变
C．裂变后粒子的总质量数减少 D．X原子的质量数为140
3．下列说法正确的是（　　）
A．质量为m的物质一个衰变周期后剩一半
B．只要照射金属板的光足够强，都能发生光电效应
C．原子核的比结合能越大，原子越稳定
D．核裂变放热，核聚变吸热
4．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
5．核聚变和核裂变是重要的核反应，关于核聚变和核裂变，下列说法正确的是（　　）
A．原子核核子间的距离接近m时就会发生聚变反应
B．目前地球上核电站的主要原料为和
C．核反应堆中，通过控制镉棒释放中子的多少来控制核反应速度
D．核裂变和核聚变发生后，产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大
6．2020年我国完成了探月工程三期任务，实现月面无人采样返回。为应对月球夜晚的低温，“嫦娥五号”除了太阳能板之外，还有一块“核电池”。“核电池”是利用了的衰变，其衰变方程为，关于衰变，下列说法正确的是（　　）
A．，，比的中子数少4
B．为衰变方程式
C．发生的是衰变，射线具有很强的电离能力
D．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
7．核电站是人类和平利用核能的一种方式，核电站内部核燃料的一种核反应方程为，则下列说法正确的是（　　）
A．X是正电子
B．该反应是核聚变反应
C．生成物比反应物的比结合能大
D．核反应前后的总质量不变
8．中国首台“华龙一号”核电机组于2020年11月份并网发电，该核电技术安全指标和技术性能达到了国际三代核电技术的先进水平，具备国际竞争比较优势，具备完整自主知识产权，其核反应堆中的反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．反应是衰变反应
B．反应过程中吸收能量
C．任何体积的都能发生链式反应
D．结合能比的结合能小
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
10．中国可控核聚变装置“环流器二号M”于2020年在成都投入运行，装置原理图如图所示，人类使用、和为核燃料在该装置中进行热核聚变反应。核反应方程①：；核反应方程②：，对比这两种核反应，下列说法正确的是（　　）
A．核反应①中质量亏损较大，强磁场不能对运动的X提供洛伦兹力进行约束
B．核反应①中质量亏损较小，强磁场可以对运动的X提供洛伦兹力进行约束
C．核反应②中质量亏损较大，强磁场可以对运动的Y提供洛伦兹力进行约束
D．核反应②中质量亏损较小。强磁场不能对运动的Y提供洛伦兹力进行约束
11．“氦-3”是一种已被世界公认的高效、清洁、安全和廉价的核燃料。其发生的核反应方程为。已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．a=1，b=2
B．此核反应为α衰变反应
C．2m1=m2 +m3
D．反应过程中释放的能量为
12．关于核反应、核能，下列说法中正确的是（　　）
A．原子弹是利用轻核的聚变制成的，它利用氢弹引发热核反应
B．从到共发生了次衰变，次衰变
C．氢原子由低能级向高能级跃迁时，吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差
D．铅原子核的结合能大于铯原子核的结合能
13．在下列描述核反应的过程中，属于α衰变的是___________ ，属于β衰变的是___________ ，属于裂变的是___________ ，属于聚变的是___________ 。（填正确答案标号）
A．
B．
C．
D．
E．
14．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行，获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变过程是H＋H→He＋n，反应原料氘（H）富存于海水中，而氚（H）是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核（Li）的人工核转变得到。
(1)请把下列用中子轰击锂核（Li）产生一个氚核（H）和一个新核的人工核转变方程填写完整：___________＋n→___________＋H。
(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个Li核实现了核转变___________？（阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1）
(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10-13 J，求该核聚变过程中的质量亏损___________。
15．核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。请解答以下问题，计算结果保留两位有效数字。
(1)核反应堆中的“燃料”是，请完成核反应方程式：；（_______）（________）
(2)铀核的质量为，中子的质量为，锶（）核的质量为，氙（）核的质量为，为，浓缩铀中铀235的含量占。求一座100万千瓦的核电站每年（）大约需要多少吨浓缩铀？（________）
16．2021年4月，福清核电厂5号机组正式授牌，这标志着我国核能发电装机容量突破5000万千瓦。核反应方程是反应堆中发生的许多反应中的一种，、、、分别表示、、和中子的质量，光速为c。
（1）求上述反应中一个U核裂变释放的核能；
（2）若核能转化为电能的效率为50%，假设反应堆中裂变全是上述核反应，已知每次核反应中放出的核能，U核的质量约为，估算目前我国核电站平均每天最多消耗的纯净铀的质量（结果保留两位有效数字）。
17．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c。
（1）写出两个氘核聚变为一个的核反应方程，并计算释放的能量；
（2）质量为M的氘核完全聚变为，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量？已知煤的燃烧值为q（题中所用物理量的单位均为国际单位）。
18．核能是一种相对来说高效清洁的新能源，各国政府都将核能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。为了解核能利用现状，小明在百度上查到：“福特号”航空母舰的满载排水量为11.2万吨，其动力主要由两台A1B（B代表贝蒂斯）核反应堆提供，核反应堆中主要的核反应是铀核的裂变，即用一个中子去轰击铀核。铀核裂变的产物很多，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，。
（1）写出该裂变的核反应方程式；
（2）已知、、、中子的质量分别是235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能是多少
（3）假设单台A1B（B代表贝蒂斯）核反应堆的功率，若一个铀235核裂变产生的能量为，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235.铀235的摩尔质量为0.235kg/mol，一月约为，阿伏伽德罗常数。计算结果均保留到小数点后两位小数
19．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应是两个核生成一个核和一个，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u，。求：
(1)写出氘核聚变反应方程式；
(2)两个氘核聚变反应中释放的核能约为多少MeV？（保留两位有效数字）
20．两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014u，氦核质量为4.002u。
（1）写出相应的核反应方程；
（2）求出1kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知∶阿伏加德罗常数NA为6.0×1023mol-1，氘核的摩尔质量为2g/mol，1u相当于931.5MeV的能量，（结果保留两位有效数字）。
参考答案
1．C
【详解】
A．①是原子核的人工转变的反应方程式，选项A正确，不符合题意；
B．②是聚变的核反应方程式，选项B正确，不符合题意；
C．③是原子核的人工转变的反应方程式，选项C错误，符合题意；
D．④是裂变的核反应方程式，选项D正确，不符合题意。
故选C。
2．B
【详解】
核电站核反应过程属于原子核裂变反应，核反应过程中质量数守恒，X原子的质量数为，故选B。
3．C
【详解】
A．一定质量的放射性物质发生衰变时，每经一个半衰期，该放射性元素的质量减为原来的 ，并不是物质总质量将减为原质量的 ，A错误；
B．根据发生光电效应的条件，当入射光的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，与入射光的强度无关，B错误；
C．比结合能越大原子核的核子结合得越牢固，所以核子结合成原子核时，比结合能越大，原子核越稳定，C正确；
D．根据核反应的特点可知，核裂变反应放热，核聚变反应也放热，D错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．由于重核裂变释放能量，由质能定理可知该反正有质量的亏损，故该反应质量减少，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．U的结合能比Xe大，但比结合能小，体现中核比重核更稳定，故D错误；
故选B。
5．D
【详解】
A．要使原子核发生聚变反应。必须使核子间的距离接近核力的作用范围。即要接近，故选项A错误；
B．和为核聚变的主要原料，选项B错误；
C．核反应堆中。通过控制镉棒吸收中子的多少来控制核反应速度，选项C错误；
D．核裂变和核聚变后都会发生质量亏损。原子核变得更稳定些。反应产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大，选项D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A． 的衰变方程为
根据质量数守恒与电荷数守恒可知
解得
可知发生的衰变为α衰变，核反应方程为
即比的中子数少2，A错误；
B．核聚变方程，B错误；
C．发生的是衰变，射线具有很强的电离能力，C正确；
D．半衰期与环境条件无关，压力、温度或浓度不能改变放射性元素的半衰期，D 错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．根据质量数及电荷数守恒可知，X是中子。A错误；
B．该反应是核裂变。B错误；
C．该反应放能，所以生成物比反应物的比结合能大。C正确；
D．该反应放能，有质量亏损。D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．反应是重核裂变反应，选项A错误；
B．反应过程中放出能量，选项B错误；
C．要想发生链式反应，必须要使得达到临界体积，选项C错误；
D．因反应放出核能，则结合能比的结合能小，选项D正确。
故选D。
9．D
【详解】
AB．因为核裂变容易控制且发生的条件比核聚变低，所以目前的核电站主要是利用核裂变，但是核裂变的产能效率比核聚变低，故AB错误；
C．氢弹爆炸是不可控的，它的研制成功并不能说明热核反应可控，故C错误；
D．氘核与氚核结合为氦核的核聚变方程是
故D正确。
故选D。
10．A
【详解】
根据爱因斯坦质能亏损方程
可知核反应①中质量亏损较大；根据电荷数和质量数守恒可知，核反应①中产生的X是中子，强磁场不能对不带电的中子产生力的作用；核反应②中产生的Y是质子，强磁场可以对带电的质子产生洛伦兹力而进行约束，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．由质量数和电荷数守恒可得
A错误；
B．此核反应为核聚变反应，B错误；
C．核聚变反应会出现质量亏损，C错误；
D．根据
D正确。
故选D。
12．BD
【详解】
A．氢弹是利用轻核的聚变制成的，原子核必须有足够的动能，才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明，原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故A错误；
B．从变成，设衰变过程经历了次衰变、次衰变，则由电荷数与质量数守恒得∶，得，可知发生了次衰变，次衰变，故B正确；
C．氢原子由低能级向高能级跃迁时，吸收光子的能量等于两能级间能量差，故C错误；
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，且原子核越大，它的结合能就越高，铯原子核比铅原子核小，所以铯原子核的结合能比铅原子核的结合能小，故D正确。
故选BD。
13．B A D E
【详解】
[1]属于α衰变的是： ，所以选B。
[2]属于β衰变的是： ，所以选A。
[3]属于裂变的是：，所以选D。
[4]属于聚变的是：，所以选E。
14． Li He 2.0×1023个 3.1×10-29kg
【详解】
(1)[1][2]核反应方程为
Li＋n→He＋H
(2)[3]因为1 g氚为mol，根据核反应方程，实现核转变的Li也为mol，所以有2.0×1023个Li实现了核转变。
(3)[4]根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了核反应，5个核子释放总能量
ΔE=5×5.6×10-13 J=2.8×10-12 J
所以质量亏损为
Δm==kg=3.1×10-29kg
15．38 136 27吨
【详解】
(1)[1][2]根据电荷数守恒和质量数守恒可得，核反应方程式为
(2)[3]核反应的质量亏损是
根据爱因斯坦质能方程，每个发生裂变释放的能量为
一座100万千瓦的核电站每年产生的电能为
设需要浓缩铀中铀235的质量为m，总个数为N
由能量守恒得
代入数据解得
所以大约需要27吨浓缩铀。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）质量亏损
释放的核能
（2）目前每天的核电能量为
则每天消耗的核能为
则每天的核反应的U核个数
每天消耗的纯净铀质量为
17．（1）H+H→He+n，(2m1-m2-m3)c2；（2）(2m1-m2-m3)c2
【详解】
(1)核反应方程式为
H+H→He+n
两个氘核聚变前后的质量亏损为
Δm=2m1-(m2+m3)
根据质能方程，释放的能量
ΔE=Δmc2
联立解得
ΔE=(2m1-m2-m3)c2
(2)质量为M的氘所含氘核数
N=
完全聚变为氦3所释放的能量
E=(2m1-m2-m3)c2
相当于完全燃烧
(2m1-m2-m3)c2
的煤放出的能量。
18．（1）；（2）；（3）19.03kg
【详解】
（1）裂变的核反应方程
（2）由题意知，质量亏损为
由质能方程可知，释放的核能为
（3）一个月内核反应产生的总能量为
参与核反应的铀核数目为
由题意知
一个月内，核反应堆消耗的铀核的物质的量为
所以一个月内，消耗的铀235的质量为
联立方程并代入数据可得
19．(1)；(2)3.3MeV
【详解】
(1)“人造太阳”核聚变反应方程是
(2)反应的质量亏损
该反应中释放的能量
20．（1）（2）
【详解】
（1）核聚变反应的方程为
（2）两个氘核结合成一个氦核时释放的能量为
由于1kg氘中含有一对的氘核数为
氘完全结合成氦时可以释放出的能量为