-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册5.4核裂变和核聚变 课时作业 (Word版含答案)

5.4核裂变和核聚变 课时作业（解析版）
一、选择题
1．中国的“人造太阳”，又称东方超环，全称是全超导托卡马克核聚变实验装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。2021年5月28日，中国的“人造太阳”实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行，刷新了世界纪录。所谓“人造太阳”，就是在地球上模拟太阳内部发生的核聚变反应，为人类提供源源不断的清洁能源。其内部发生的一种核聚变反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．反应产物X为
B．核聚变后的产物X比结合能小于的比结合能
C．可控的人工轻核聚变与核裂变相比更为安全、清洁
D．要实现核聚变，需要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能克服核力作用而碰撞结合在一起
2．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等。在下列核反应中，属于核裂变反应的是（　　）
A．＋→＋ B．→＋
C．＋→＋ D．＋→＋＋3
3．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置“中国环流器二号M”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是通过发生核聚变释放核能而发电。下列说法正确的是（　　）
A．x粒子的质子数等于中子数
B．上述核反应也叫热核反应，是核电站的“核反应堆”中发生的核反应
C．He原子核的比结合能大于H原子核的比结合能
D．核反应中释放的核能是由亏损的质量转化而来的
4．山东海阳核电站建成并实现并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击原子核的核反应方程为，、、、X的质量分别为、、、，其中是不稳定的，其衰变的周期为T，真空中的光速为c，以下说法正确的是（　　）
A．X原子核中含有的中子数为50
B．该反应属于人工转变核反应
C．该反应中释放的能量为
D．经过2T，一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的
5．目前核电站获取核能的基本核反应方程可能是（　　）
A．→＋ B．＋→＋＋10
C．→＋ D．＋→＋
6．氘核与氚核聚变释放能量，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　）
A．该方程式中X是电子 B．该方程式中X是质子
C．聚变前后的总质量不变 D．和的比结合能都小于的比结合能
7．我国广东大亚湾核电站是我国首座大型商用核电站，年发电量近150亿千瓦时。核电站核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
8．下列说法正确的是（　　）
A．质能方程表明所有有质量的物体，都能转化为能量
B．放射性元素钋的半衰期为138天，27个钋原子核经276天，还剩3个钋原子核未衰变
C．按照玻尔理论，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，电子的动能增大，原子总能量增大
D．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一α粒子，释放的能量为（2m1+2m2-m3）c2
9．以下核过程正确且属于衰变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
10．以下核反应方程中属于β衰变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
11．核动力航空母舰因其性能强劲堪称海上霸主，它利用可控制核裂变释放的核能获得动力，核反应方程为：。已知光在真空中速度为c，的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为。下列说法正确的是（　　）
A．X为中子，
B．反应过程中的质量亏损为
C．三种比结合能的大小关系为
D．此核裂变释放核能约为
12．在下列核反应方程中，表示核聚变过程的是（　　）
A．
B．
C．
D．
13．2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．有54个质子，78个中子
B．的比结合能比铀核的小
C．释放的核能与质量亏损成正比
D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变
14．当一个重核裂变时，它能产生的两个核（　　）
A．一定是稳定的
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
15．科学家通过对月壤样品进行实验分析，估计月壤中氦3的资源总量可达100万~500万吨，若能实现商业化运用，月壤中的氦3可供地球能源需求达数万年利用氦3的核反应方程为。则下列说法中不正确的是（　　）
A．上式中应为中子
B．目前地球上的核电站正是利用氦3作为核燃料，因此迫切需要开发月壤中的氦3
C．反应前与的质量之和等于反应后与的质量之和
D．反应前与的质量之和大于反应后与的质量之和
二、解答题
16．已知中子的质量，质子的质量，氘核的质量。写出中子、质子结合成氘核的核反应方程并求氘核的结合能。
17．1kg铀全部裂变释放出的能量约为，相当于完全燃烧多少无烟煤放出的能量？
参考答案
1．C
【详解】
A．根据核聚变反应方程满足质子数和质量数守恒，可知反应物X为，选项A错误；
B．比结合能越大，物质越稳定，所以核聚变后的产物X比结合能应大于的比结合能，选项B错误；
C．可控的人工轻核聚变产物为氦核，没有辐射和污染，所以与核裂变相比更为安全、清洁，选项C正确；
D．核聚变反应，又称热核反应，需要超高温度，选项D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．核反应方程式
＋→＋
属于原子核的人工转变，故A错误；
B．核反应方程式
→＋
是衰变，故B错误；
C．核反应方程式
＋→＋
是发现质子的核反应方程式，属于原子核的人工转变，故C错误；
D．核反应方程式
＋→＋＋3
属于核裂变，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．由核聚变过程电荷数、质量数守恒可知，x粒子是中子，电荷数为零，中子数是1，A错误；
B．核电站中发生的核反应是核裂变，不是核聚变，B错误；
C．核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，因此He原子核的比结合能大于H原子核的比结合能，C正确；
D．质量不能转化成能量，D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为
可知X原子核中含有的中子数为53，故A错误；
B．该核反应为重核裂变反应，故B错误；
C．该核反应中释放的能量为
故C错误；
D．根据半衰期公式
可知，经过2T
所以一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的，故D正确。
故选D。
【命题意图】
本题以核电站为背景，考查核反应特点、种类、元素半衰期和质能方程等知识，主要考查理解能力、推理能力，体现科学思维，突出对基础性、应用性的考查要求。
5．B
【详解】
现在的核电站用的是裂变反应获取能量，A是α衰变， B是裂变反应， C是β衰变， D是发现质子的反应。
故选B。
6．D
【详解】
AB．该方程式中X的质量数为1，电荷数为0，是中子，选项AB错误；
C．反应放出能量，可知聚变前后的总质量减小，选项C错误；
D．因反应放出核能，则和的比结合能都小于的比结合能，选项D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．属于核裂变反应，应用在核电站发电，A正确；
B．该反应为α衰变，B错误；
C．该反应是原子核的人工转变，C错误；
D．该反应是核聚变反应，D错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．质能方程只表明质量和能量之间存在一种正比关系，并不表示所有有质量的物体，都能转化为能量，A错误；
B．半衰期是对大量原子核通过统计规律得出的，对少数原子核不满足半衰期统计规律，B错误；
C．按照玻尔理论，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，放出光子，电子的动能增大，原子总能量减小，C错误；
D．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一α粒子，根据质能方程可知释放的能量为
E=(2m1+2m2-m3)c2
D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．该核反应为原子核的人工转变，故A错误；
B．该核反应为核聚变反应，故B错误；
C．该核反应方程错误，不满足电荷数守恒，故C错误；
D．该核反应放出粒子，属于衰变，故D正确。
故选D。
10．A
【详解】
A．A项属于β衰变，故A错误；
B．B项属于裂变，故B错误；
C．C项属于聚变，故C错误；
D．D项属于原子核的人工转变，故D错误。
故选A.
11．D
【详解】
A．由电荷数守恒及质量数守恒可得
故X为中子，，A错误；
D．此核裂变释放核能约为
D正确；
B．据质能方程可得，反应过程中的质量亏损为
B错误；
C．如图所示
据比结合能曲线图可知
C错误。
故选D。
12．D
【详解】
轻核聚变是轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应，
A．是核裂变，A错误；
B．是衰变，B错误；
C．是衰变，C错误；
D．是核聚变，D正确。
故选D。
【易错分析】
核反应有四种类型，衰变、人工转变、核裂变、核聚变，要学会正确区分这四种核反应，掌握四种核反应的特点是解决此类问题的关键。
13．ACD
【详解】
A．根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知为，得其质子数为54个，中子数为个，故A正确；
B．是中等质量的核，比结合能大且稳定，故B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程，可知释放的核能与质量亏损成正比，故C正确；
D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变，故D正确。
故选ACD。
14．BD
【详解】
BC．重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子的能量大，故C错误；质子数不变，中子数会减少，故B正确；
AD．重核裂变的产物是多种多样的，有的不稳定会继续衰变，故A错误，D正确。
故选BD。
15．ABC
【详解】
A．根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，因此X应为质子，故A符合题意；
B．目前地球上的核电站是利用重核裂变，不是轻核的聚变，故B符合题意；
CD．因反应放出能量，故根据质能方程可知，反应前与的质量之和大于反应后与的质量之和，故D不符合题意，C符合题意。
故选ABC。
16．；
【详解】
该核反应方程为
中子和质子结合成氘核的质量亏损
中子和质子结合成氘核释放的能量，即氘核的结合能
核物理中常用eV作为能量单位，根据，可得氘核的结合能
17．
【详解】
查表可知，无烟煤的热值为。设完全燃烧m kg无烟煤放出的热量相当于1 kg铀全部裂变释放出的能量，则
通过计算可以看出，原子核在发生裂变时释放的能量是十分巨大的。