5.5裂变和聚变 同步作业-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册（Word含答案）

5.5裂变和聚变 同步作业（解析版）
一、选择题
1．2021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
2．在下列四个方程中，X代表质子的是（　　）
A． B．
C． D．
3．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”-中国环流器二号M装置在成都建成并实现发电，标志着我国在核聚变反应堆建设中处于世界前列。中国环流器二号M装置内主要核反应是，已知氘核的比结合能是1.09MeV、氚核的比结合能是2.78MeV、氦核的比结合能是7.03MeV，该聚变反应中（　　）
A．X为质子
B．X为电子
C．一次反应释放的核能为3.16MeV
D．一次反应释放的核能为17.6MeV
4．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在成都建成并成功放电（如图），为本世纪中叶实现核聚变能应用的目标打下了坚实的基础，“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氚核（）与一个氘核（）反应生成一个新核，同时放出一个中子，释放核能，已知真空中光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．核与核是两种不同元素的原子核
B．一个核与一个核反应生成的新核中子数为3
C．一个核与一个核反应过程中质量亏损为
D．核的比结合能为
5．北京时间2020年12月1日23时11分，在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区。科学证明，氦3大量存在于月球表面月壤中，是未来的清洁能源，两个氦3聚变的核反应方程是，则X为（　　）
A．电子 B．质子 C．中子 D．氘核
6．在太阳内部发生的典型核反应方程是4→He+2X，下列说法正确的是（　　）
A．核电站利用此反应来获得核能
B．该核反应属于聚变反应
C．方程中的X为电子（e）
D．该核反应前后质量数守恒，因而反应前后总质量保持不变
7．下列说法正确的是（　　）
A．是一种核裂变反应
B．核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
D．卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说
8．下列四幅图涉及到不同的物理知识，图甲为圆板衍射条纹，图乙为共振曲线，图丙为三种射线在磁场中的运动轨迹图，图丁为核反应堆示意图。关于这四幅图，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：该衍射条纹可以说明光具有粒子性
B．图乙：该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而一直减小
C．图丙：根据射线的偏转方向可知容器上方区域可能存在垂直纸面向外的磁场
D．图丁：镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度
9．2020年12月，新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其核反应方程是，则（　　）
A．x为电子
B．反应前后质量守恒
C．该反应为吸热反应
D．的比结合能比的比结合能大
10．有四个核反应方程如下：
①
②
③
④
下列说法正确的是（　　）
A．①是核聚变 B．为 C．③是核裂变 D．为中子
11．我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于2019年9月29日获颁“共和国勋章”，核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程（其中为释放出的核能）。下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于原子核的衰变
B．核反应方程式中
C．的比结合能
D．核的比结合能小于核的比结合能
12．关于重核裂变的说法正确的是（　　）
A．重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B．只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C．为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D．裂变过程中释放能量，质量亏损
13．下列说法正确的是（　　）
A．比结合能（即平均结合能）越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B．在核反应堆中使用重水，其主要作用是做核燃料
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关
D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种频率的光子
E.用光照射金属板，入射光的频率越高，射出来的光电子的最大初动能越大
14．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
二、解答题
15．什么是核聚变？核聚变过程中的能量转化有什么特点？
16．查阅资料，了解核废料的处理方法以及核废料处理的最新研究进展。
参考答案
1．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。
2．D
【详解】
A．根据质量数和核电荷数守恒可知，是粒子，A错误
B．根据质量数和核电荷数守恒可知是氘，B错误
C．根据质量数和核电荷数守恒可知是中子，C错误
D．根据质量数和核电荷数守恒可知是质子，D正确
故选D。
3．D
【详解】
AB．根据质量数守恒、电荷数守恒可知，X为中子，故AB错误；
CD．氘核的比结合能是1.09MeV、氚核的比结合能是2.78MeV、氦核的比结合能是7.03MeV，一次反应释放的核能为
故D正确C错误；
故选D。
4．C
【详解】
A．核与核都只有一个质子，属于同一种元素的两种同位素，选项A错误；
B．核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒，一个核与一个核反应生成一个新核，同时放出一个中子，可知新核的电荷数为2，质量数为4，新核的中子数为2，选项B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程可知，此核反应过程中的质量亏损为，选项C正确；
D．由于是核反应释放的能量，不是核的结合能，选项D错误。
故选C。
5．B
【详解】
设X的质量数为A，电荷数为Z，根据质量数守恒和核电荷数守恒可得
解得
故X为质子
故选B。
6．B
【详解】
A．核电站利用核裂变来获得核能，A错误；
B．该核反应属于聚变反应，B正确；
C．根据质量数和电荷数守恒，此X为正电子，C错误；
D．该核反应前后质量数守恒，释放了核能，根据爱因斯坦质能方程可知反应过程产生了质量亏损，D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．不是裂变反应 ，故A错误；
B．核反应堆产生的能量来自重核裂变，故B错误；
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的氢核聚变反应，故C错误；
D．卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．衍射是波的特有现象，光的衍射说明光具有波动性，故A错误；
B．该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而先增大后减小，故B错误；
C．根据射线的偏转方向结合左手定则可知容器上方区域可能存在垂直纸面向里的磁场，故C错误；
D．镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制中子的数量从而控制核反应速度，故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x粒子的电荷数为0，质量数是1，故x是中子，选项A错误；
BC．该反应是核聚变反应，放出热量，反应前后有质量亏损，选项BC错误；
D．比结合能大的原子核稳定，一个和一个结合成一个时，同时释放能量，则更稳定，比结合能大，选项D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．重核分裂成质量较小的核的反应，①是核裂变，故A错误；
B．根据质量数守恒和核电荷数守恒，知
所以为，故B正确；
C．原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变，③是衰变，故C错误；
D．根据质量数守恒和核电荷数守恒，知
为质子，故D错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．发生的核反应是核裂变，不是原子核的衰变，故A错误；
B．由核反应方程满足质量数与电荷数守恒，可知
因此式中
故B错误；
C．核反应方程中为释放出的核能，不是的结合能，故C错误；
D．中等质量原子核的比结合能较大，核的比结合能小于核的比结合能，故D正确。
故选D。
12．AD
【详解】
A．重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小，故A正确；
BC．链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，故 B、C错；
D．重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，选项D正确。
故选AD。
13．ACE
【解析】
试题分析：比结合能（即平均结合能）越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项A正确；在核反应堆中使用重水，其主要作用是做减速剂，选项B错误；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项C正确；大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种频率的光子，选项D错误；根据光电效应原理，用光照射金属板，入射光的频率越高，射出来的光电子的最大初动能越大，选项E正确；故选ACE.
考点：比结合能；核反应堆；波尔理论；光电效应；半衰期
14．BD
【详解】
AB．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；
CD．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，C错误D正确。
故选BD。
15．见详解
【详解】
在一定条件下，如超高温或高压下，让两个原子核碰撞到一起，发生原子核聚合作用，生成新的质量更重的原子核的过程，叫核聚变；核聚变虽然需要提供巨大的能量才能发生，但是在聚变过程中存在质量亏损，会释放出更加巨大的能量，所以聚变过程是向外释放能量的。
16．见解析
【详解】
1．玻璃固化法
玻璃固化法是将废料混入玻璃材料中制成一固化之产物，如：英国Harvest计划中研究的这种玻璃固化法核废料是在圆柱状容器内制成，在英国现行的容器尺寸为高3米，直径约0.5米，依目前的核能计划，约需72000个此类容器。
2．储存法
核废料掩埋法其实就像把食物放进仓库里一样，只不过他需要更精密的防护措施核能发电是利用核燃料分裂的热，产生蒸汽推动发电器风扇发电，而核分裂已减弱的燃料便必须丟弃，称为[核废料]，核废料因仍存在辐射，所以必须经过一连串严密的手续，像是送去减容中心，减少废料的体积等，而各核电厂都自备燃料池可储存40年的时间，时间到了，便必须送去储存厂，大约10年辐射已降低至无害，才可像一般垃圾处理。
3．海洋掩埋法
所谓的海洋掩埋法就是深海投掷法，就是将核废料永久弃置於深海底的意思，也就是海洋掩埋法利用水泥固化法将核废料储存在钢筒内，经过数年的暂时储放〈目前台湾存放在兰屿〉，等核废料中的放射性降到最低后，再投掷到深海或数千公尺海沟中，作永久性储存。