第三册5.5裂变和聚变 课时练习（Word版含答案）

5.5裂变和聚变 课时练习（解析版）
一、选择题
1．一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是H＋H→He＋n，此反应过程产生的质量亏损为Δm。已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c。若1 mol氘和1 mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为（　　）
A．NAΔmc2 B．NAΔmc2
C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2
2．太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其“核燃烧”的核反应方程为，，方程中X表示某种粒子，是不稳定的粒子，其半衰期为T，这个核反应释放出的能量为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．若使，的温度降低，其半衰期会减小
B．方程中的X为电子
C．该核反应过程产生的质量亏损为
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
3．核电站是目前和平利用核能的主要方式，在一定程度上解决了能源问题。下列关于核电站的说法正确的是（　　）
A．核电站中核燃料发生的核反应是聚变反应，其可能的核反应方程式为
B．核电站中核燃料发生的核反应是裂变反应，其可能的核反应方程式为
C．核电站中核燃料发生的核反应是裂变反应，其可能的核反应方程式为
D．在核电站中的核反应出现了质量亏损从而释放出了大量核能，核电站正是以此为能量来源工作的
4．下列说法中正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量减少
5．2020年12月4日，中国规模最大、参数最高的“人造太阳”，即中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）在成都实现首次放电．已知“人造太阳”的核反应方程式是，其中氚（）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子X轰击锂核（）得到，核反应方程为，则（　　）
A．粒子X为质子
B．核反应方程为衰变
C．氦核（）的结合能大于氘核（）和氚核（）的结合能之和
D．在核反应方程式中，反应前的总质量小于反应后的总质量
6．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，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．的结合能比的结合能大
7．下列说法中正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增加
8．如图所示为核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，其反应方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n。用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核（H）每次碰撞均为弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，则下列说法正确的是（　　）
A．铀核的比结合能比钡核的小
B．该反应为热核反应
C．中子与氘核碰后可原速反弹
D．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度
9．2020年12月4日，新一代“人造太阳”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，海水中富含反应原料氘（），氚核（）可以用中子轰击锂核（）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（）反应方程为
C．中子轰击锂核（）发生了衰变
D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氦核（）的比结合能大
10．下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子且总能量增加
B．光电效应显示了光的粒子性，康普顿效应显示了光的波动性
C．天然放射现象的发现，揭示了原子内部的复杂结构
D．一个氘核与一个氢核聚变生成一个氦核的同时，放出一个中子
11．关于原子和原子核的知识，下列说法正确是（　　）
A．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
B．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大
C．（钍）经过一系列α和β衰变，变成（铅），共经过4次α衰变和6次β衰变
D．和。其中Y的质子数是3，中子数是6
12．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
13．下列四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是（ ）
A．卢瑟福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．乙图表示的是磁场对和射线的作用情况,其中①是射线,②是γ射线
C．丙图表示的核反应属于重核裂变,是人工无法控制的核反应
D．丁图表明,随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
14．由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，这是我国的科学家率先建成的世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置．设可控热核反应前氘核()的质量为m1，氚核()的质量为m2，反应后氦核()的质量为m3，中子()的质量为m4，已知光速为c．下列说法中正确的是
A．核反应放出的能量为(m1+m2-m3-m4)c2
B．上述核反应过程中原子核的比结合能增加
C．这种热核实验反应释放出氦核，是α衰变
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
15．2020年12月4日，中国新一代“人造太阳”装置“中国环流器二号M”装置在四川成都建成并实现首次放电，这为中国核聚变反应堆的自主设计与建造打下了坚实基础。已知氘、氚的核聚变反应方程式为，下列说法正确的是（　　）
A．X是中子
B．该核反应中反应前核子的总质量等于反应后核子的总质量
C．该核反应中反应前的总结合能小于反应后的总结合能
D．该核反应放出的能量来源于氘、氚原子中电子从高能级向低能级跃迁产生的
二、解答题
16．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个氢核转化成一个氦核相两个正电子并放出能量已知质子质量，粒子质量，电子质量其中u为原子质量单位，且lu相当于．
写出该核聚变的反应方程；
一次这样的核反应过程中释放出多少兆电子伏特的能量？保留4位有效数字
17．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。
(1)已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为R。原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）
参考答案
1．B
【详解】
一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为Δmc2，1 mol的氘核和1 mol的氚核结合成1 mol的氦核释放能量为NAΔmc2。
故选B。
2．C
【详解】
A．半衰期与外接环境无关，故温度改变，半衰期不变，故A错误；
B．根据质量数守恒，电荷数守恒判断X为，故B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程
解得该核反应过程产生的质量亏损为，故C正确；
D．“核燃烧”的核反应是聚变反应，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】
核电站是利用裂变中释放的核能来发电的，其核燃料发生的核反应为裂变反应，其可能的核反应方程式为
在这个反应中出现了质量亏损从而释放出了大量核能。
故选D。
4．A
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A正确；
B．天然放射现象的发现，说明原子核有复杂的结构，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，选项B错误；
C．放射性元素的半衰期由自身性质决定，与外界环境无关，选项C错误；
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电场力对电子做负功，电子的动能变小，电势能变大（动能转为电势能）；由于发生跃迁时要吸收光子，故原子的总能量增加，选项D错误。
故选A。
5．C
【详解】
A．根据电荷数和质量数守恒可知，粒子X为中子，故A错误；
B．核反应方程为人工核反应，故B错误；
C．反应过程，会释放出能量，所以氦核（）的结合能大于氘核（）和氚核（）的结合能之和，故C正确；
D． 根据质量亏损方程，反应中，质量会减小，所以反应前的总质量大于反应后的总质量，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
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．的平均结合能比的平均结合能大，的结合能比的结合能小，所以D错误；
故选C。
7．D
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故A错误；
B．天然放射现象的发现，说明了原子核内部有复杂结构，不能揭示原子核是由质子和中子组成的，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与温度无关，故C错误；
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增大，故D正确。
故选D。
8．A
【详解】
A．在该核的反应中，会释放出大量的能量，由比结合能越大，原子核越稳定，可知铀核的比结合能比钡核的小，A正确；
B．该反应是重核裂变反应，B错误；
C．由题意知，氘核质量数是中子的两倍，取碰撞前中子的速度方向为正方向，碰撞是弹性碰撞，所以动量和机械能都守恒，由守恒定律可得
mv0=mv1+2mv2
联立解得
C错误；
D．要使裂变反应更激烈一些，应使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应速度就会快一些，D错误。
故选A。
9．B
【详解】
A．上述核反应前后核子数相等，反应过程释放能量，有质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，故A错误；
B．由质量数和电荷数守恒可得中子轰击锂核（）反应方程为
故B正确；
C．衰变是自然状态下发生的，中子轰击锂核（）为原子核的人工转变，故C错误；
D．核反应方程式
中生成物氦核（）的比结合能比反应物氘核（）和氚核（）的比结合能都大，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子且总能量减少，A错误；
B．光电效应都说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误；
C．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，C错误；
D．据核反应方程
放出一个中子，D正确。
故选D。
11．B
【详解】
A．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下25克，所以A错误；
B．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大，动能减小，势能增大，总能量增大，所以B正确；
C．（钍）经过一系列α和β衰变，变成（铅），共经过6次α衰变和4次β衰变，所以C错误；
D．根据核反过程质量数，电荷数守恒定律可知，X为中子，Y的质子数是3，中子数是3，所以D错误；
故选B。
12．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。
13．AB
【详解】
A. 甲图是粒子散射实验，卢瑟福通过分析实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确；
B. 根据左手定则可知，射线①带正电，为α射线；射线②不带电，为γ射线，故B正确；
C．丙图表示的核反应属于重核裂变，是可以人工控制的核反应，故C错误；
D．丁图中黑体辐射的强度，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且极大值向波长较短的方向移动，故D错误．
故选：AB
14．AB
【详解】
A．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是
核反应过程中存在质量亏损，因此
m1+m2＞m3+m4，
核反应过程中的质量亏损
△m=m1+m2-m3-m4，
释放的核能为
△E=△mc2=(m1+m2-m3-m4)c2，
故A正确；
B．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能增大，故B正确；
C．这种热核实验反应是核聚变反应，而不是自发发生的α衰变，故C错误；
D．这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D错误．
15．AC
【详解】
A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，是中子，选项A正确；
B．该核反应放出能量，有质量亏损，则反应前核子的总质量大于反应后核子的总质量，选项B错误；
C．该核反应中放出核能，则反应前的总结合能小于反应后的总结合能，选项C正确；
D．该核反应放出的能量来源于原子核聚变反应质量亏损，而不是核外电子的跃迁，故D错误；
故选AC。
16．① ②24.87
【分析】
根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程；应用质能方程△E=△mc2求解热核反应过程中释放能量．
【详解】
(1)根据题意，结合质量数与质子数守恒，则有：
；
(2) 根据质能方程，则有：
△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．
【点睛】
知道△E=△mc2中△m是亏损质量，△E是释放的核能，知道核反应方程的两数守恒，同时注意有效数字的保留．
17．(1)；(2)，
【详解】
(1)电子绕原子核运动
解得
故等效电流值
(2)核反应所释放的能量为
核反应前后动量守恒
动能
可知
根据能量守恒
联立解得