-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 同步练习 (Word版含答案)

5.4核裂变和核聚变 同步练习（解析版）
一、选择题
1．下列关于原子核的说法，正确的是（　　）
A．由于质子带电，质子间的核力表现为斥力
B．如果核反应堆中有核能的释放，则反应前各原子核的结合能之和一定小于反应后生成物的结合能之和
C．原子核衰变放出的三种射线中，射线的电离本领是最强的
D．只要超过临界体积，轻核的聚变就能持续进行形成链式反应
2．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
3．下列说法中正确的是（　　）
A．β衰变说明原子核里有电子
B．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少4个
C．放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短
D．U→Th+He是核裂变反应方程
4．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
5．2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，标志着中国正式进入核电技术先进国家行列。核电站的产热核心是放射性重元素，通常为铀235。以下关于华龙一号的说法正确的是（　　）
A．华龙一号中发生的是核聚变
B．华龙一号中可能发生的一种反应是U→Ba+Kr+2n
C．核反应堆中可采用重水、石墨作为慢化剂
D．核反应过程中遵循质量守恒定律
6．下列四个核反应方程中，属于轻核聚变的是（　　）
A． B．
C． D．
7．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（　　）
A．太阳内部发生的核反应是热核反应
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
C．按照玻尔理论，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，电子的动能减小，势能变大，但原子的能量减小
D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
8．下列说法正确的是（　　）
A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C．铀核自发放出粒子、粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量
D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，伴随有质量亏损
9．下列说法正确的是（　　）
A．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用
B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的总质量
C．核力是引起原子核β衰变的原因
D．原子核核子间的距离接近到就会发生聚变反应
10．2018年11月21日消息，中科院合肥物质科学研究院核能安全所吴宜灿研究员获得了美国核学会聚变核能杰出成就奖。关于聚变与衰变、天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．原子核核子间的距离接近到10－10m就会发生聚变反应
B．Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
C．天然放射现象中产生的α射线穿透能力很强且速度与光速相当
D．β衰变是放射性元素原子的核外电子具有较高能量时发生的
11．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是（　　）
A．
大量氢原子处于能级时，向低能级跃迁能发出8种频率的光子
B．
根据、、射线的特点可知，射线1是射线，射线2是射线，射线3是射线
C．
天然放射性元素的半衰期由原子核内部的自身因素决定，跟所处的化学状态和外部条件有关
D．
原子弹爆炸属于重核的裂变，其反应方程可以有
12．2020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
13．下列说法正确的是（　　）
A．阴极射线和β射线的本质都是电子流，在原子内的来源是相同的
B．太阳辐射的能量主要来源于太阳中的裂变反应
C．γ射线的穿透能力比α射线强
D．红外线的波长比X射线的波长长
14．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　）
A．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1-m3-m4)c2
D．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1-m3-m2)c2
15．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核（H）结合成1个氦核（He）。下表中列出了部分粒子的质量（1 u相当于931.5 MeV的能量），以下说法中正确的是（　　）
粒子名称 质子 p α粒子 电子 e 中子 n
质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7
A．核反应方程式为4H→He＋2e
B．核反应方程式为4H→He＋2e
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 u
D．聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV
二、解答题
16．当初卢瑟福用α粒子轰击静止的氮原子核，产生了氧的一种同位素—氧17和一个质子，那是人类第一次实现的原子核人工转变。已知α粒子的质量，氮原子核质量，氧17核质量，质子质量。
（1）写出该核反应方程；
（2）求出该反应放出的能量△E（1 u相当于931.5MeV，结果保留三位有效数字）
17．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）
参考答案
1．B
【详解】
A．核力与电荷无关，原子核中质子间的核力都表现为引力，故A错误。
B．反应前总结合能小于反应后的总结合能一定会放出核能，故B正确。
C．原子核衰变放出的三种射线中，射线的穿透本领最强，电离本领最弱，故C错误。
D．铀核发生链式反应为重核裂变，故D错误。
故选B。
2．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。
3．B
【详解】
A．原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变，故A错误。
B．某原子核经过一次α衰变电荷数减小2，质量数减小4，再经过两次β衰变后，质量数不变，电荷数要增加2，所以整个过程质量数减小4，电荷数不变，所以核内中子数减少4个。故B正确。
C．半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关，放射性物质的温度升高，其半衰期将不变，故C错误。
D．23892U→90234Th+24He是α衰变，故D错误。
故选B。
4．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。
5．C
【详解】
A．核电站是利用重核裂变进行发电的，所以华龙一号中发生的是裂变，故A错误；
B．铀核裂变的条件是反应前有中子轰击铀235，而核反应
U→Ba+Kr+2n
没有中子轰击铀235，故B错误；
C．核反应堆中可采用重水、石墨作为慢化剂，故C正确；
D．核反应过程中出现质量亏损，不遵循质量守恒定律，故D错误。
故选C。
6．A
【详解】
A．属于轻核聚变，所以A正确；
B．属于衰变，所以B错误；
C．属于人工转变，所以C错误；
D．属于重核裂变，所以D错误；
故选A。
7．A
【详解】
A．太阳内部发生的核反应是热核反应，所以A正确；
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，所以B错误；
C．按照玻尔理论，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，吸收光子或其他能量，电子的动能减小，势能变大，原子的能量增大，所以C错误；
D．原子核发生一次β衰变，是原子核内的一个中子变为质子时产生的电子，所以D错误；
故选A。
8．D
【详解】
AB．在重核裂变的过程中，核电荷数和质量数均守恒，但质量发生了亏损，释放出大量的能量，故AB错误；
C．核电站利用的是重核裂变时释放的能量，故C错误；
D．根据能量守恒定律可知，所有释放核能的反应一定是由于质量发生了亏损，故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，A错误；
B．核子结合成原子核时，要释放能量使质量产生亏损，所以原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的总质量，B正确；
C．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，C错误；
D．由核聚变的条件可知，要使原子核发生聚变反应，必须使核子间的距离接近到，D错误。
故选B。
10．B
【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到10－15m，A错误；
B．设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有
解得
故衰变过程中要经过6次α衰变和4次β衰变，B正确；
C．α射线是速度约为0.1c的氦核流，穿透能力弱，C错误；
D．β衰变放出的电子来自原子核内部发生变化时的产物，D错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．大量氢原子处于能级时，向低能级跃迁能发出6种频率的光子，故A错误；
B．三种射线的穿透本领不同，根据、、射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是射线，射线3的穿透本领最强，是射线，射线2是射线，故B正确；
C．天然放射性元素的半衰期由原子核内部的自身因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；
D．重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程有
故选D错误。
故选B。
12．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。
13．CD
【详解】
A．阴极射线和β射线的本质都是电子流，但是阴极射线的来源是原子核外的电子，而β射线的来源是原子核内的中子转化为质子时产生的电子，故A错误；
B．太阳辐射的能量主要来源于太阳中的聚变反应，故B错误；
C．γ射线的穿透能力比α射线强，故C正确；
D．红外线的波长比X射线的波长长，故D正确。
故选CD。
14．BD
【详解】
AB．由核反应方程
2→＋
知X应为中子，A错误，B正确；
CD．根据质能方程可知，释放的核能应为
ΔE＝(2m1-m3-m2)c2
C错误，D正确。
故选BD。
15．ACD
【详解】
AB．根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断该反应方程为
4H→He＋2e
选项A正确，B错误；
CD．质量亏损为
Δm=(4×1.007 3-4.001 5-2×0.000 55）u=0.026 6 u
根据质能方程可知
ΔE=Δmc2≈24.8 MeV
选项CD正确。
故选ACD。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）核反应方程为
（2）核反应过程中的质量亏损为
释放出的能量为
17．(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