5.5裂变和聚变 课时练习-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 课时练（解析版）
一、选择题
1．科学研究表明，太阳核心的温度极高、压力极大，使得太阳内部每4个氢核（1H）转化为1个氦核（4He）和几个正电子并释放出大量能量。假设生成的所有正电子均定向移动，且正电子在4.8×10-4s时间内定向移动形成的平均电流为8.0×10-8A，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则在这段时间内发生核聚变的氢核（1H）的个数为（　　）
A．8.0×1016 B．4.8×1016 C．3.2×1016 D．2.4×1016
2．2021年4月13日，日本政府宣布将核废水排入大海，遭到包括中国在内的众多国家的一致反对。核废水中含付大量放射性元素，其中氚的含量最高，其次是碳-14、钴60等。以下说法中正确的是（　　）
A．核废水排入大海，对海洋生物及环境的影响是短时期的
B．对核废水进行高温高压处理，可以缩短放射性元素的半衰期
C．核废水中U的比结合能大于Pb的比结合能
D．要启动氘、氚的聚变反应，必须使氘核氚核具有足够大的动能
3．下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是（　　）
①②
③④
A．核反应方程①是重核裂变，X是粒子
B．核反应方程②是轻核聚变，Y是中子
C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是正电子
D．核反应方程④是衰变方程，M是中子
4．随着时代的发展，能源危机逐渐形成，现在科学家正在努力寻找新能源，而核能是现今比较普遍利用的新能源之一，核电站利用核能发电是人类利用核能的重要手段。据你判断，现已建成的核电站的能量来自于（　　）
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
5．下列关于原子核的叙述中正确的是（　　）
A．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子
B．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢核反应速度，防止核反应过于剧烈
C．经重核裂变过程后核子的平均质量增大
D．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量
6．下列说法正确的是（　　）
A．核能是原子的核外电子从高能态跃迁到低能态的过程中释放的
B．清除放射源的最有效办法是减小放射源原子核的半衰期
C．核电站都是通过轻核的聚变发电的
D．原子核的比结合能越大，原子核越稳定
7．近几年日本、印度等许多国家积极发展“月球探测计划”，该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量。氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子的质量为1.00783u，中子的质量为1.008665u,1u相当于931.5MeV，则下列说法正确的是（　　）
A．一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeV
B．氘和氦3的核聚变反应方程式：H＋He→He＋X，其中X是中子
C．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电
8．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（　　）
A．射线是高速运动的电子流
B．衰变现象说明电子是原子核的组成部分
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下25克
9．作为一项新能源，人类利用核能，目前都是通过可控制的核裂变反应实现的。下列反应中属于核裂变反应的是（　　）
A． B．
C． D．
10．下列说法不正确的是（　　）
A．经过一次衰变后变为
B．由核反应方程式可以判断为电子
C．核反应方程为轻核聚变
D．16g铋210经过15天时间，还剩2g未衰交，则铋210的半衰期为5天
11．科学家发现在月球上含有丰富（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（　　）
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前现有的核电站可采用聚变反应发电
12．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
13．下列说法正确的是（　　）
A．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
B．考古专家测出某具骸骨1g碳样品中的含量为活着的生物体1g碳样品中含量的，已知的半衰期为5730年，则该生物死亡时距离今天约11460年
C．核泄露事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为β射线
D．核反应堆利用石墨吸收中子，控制核反应速度
14．原子裂变能够产生巨大的能量，铀原子裂变的链式反应方程为，其中铀的质量为，中子质量为，钡和氪的质量分别为和，关于该裂变反应说法正确的是　　
A．链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
B．裂变产物钡比铀的比结合能大
C．该方程亏损质量为
D．亏损的质量变成能量释放出去
15．以下说法正确的是(　　)
A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为：
B．铀核裂变的核反应是：
C．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个α粒子，释放的能量是：(m1＋m2－m3)c2
D．在衰变方程中，X原子核的质量数是235
二、解答题
16．虽然能量是守恒的，但我们却要面对“能源危机”，请利用物理术语对此进行解释。为了解决能源危机，我国目前在发展核能发电与水力发电等相关产业，请分别讨论核能发电和水力发电的优缺点。
17．利用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，这就是核电站。核电站消耗的“燃料”很少。但功率却很大。目前，核能发电技术已经成熟。求：
(1)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少吨浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶（Sr）核的质量为89.9077u，氙核（Xe）的质量为135.9072u，，浓缩铀中铀235的含量占2%。
(2)同样功率（100万千瓦）的火力发电站。每年要消耗多少吨标准煤（已知标准煤的热值为）？
(3)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染。需采取哪些措施（举2种）？
参考答案
1．B
【详解】
由于电荷数与质量数守恒
可得每4个氢核转化为1个氦核和2个正电子
根据公式可得
正电子个数为
（个）
由上可知发生核聚变的氢核的个数为正电子个数的两倍，即氢核的个数是
故选B。
2．D
【详解】
A．核废水中含有的放射性元素半衰期较长，则排入大海，对海洋生物及环境的影响是长时期的，选项A错误；
B．外界条件不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；
C．放射性元素衰变的过程中存在质量亏损，所以新核的比结合能变大，可知废水中U的比结合能小于Pb的比结合能，故C错误；
D．要使轻核发生聚变，就必须使轻核得获足够大的动能，选项D正确。
故选D。
3．B
【分析】
掌握核裂变、核聚变的原理和常见反应方程即可正确判断。
【详解】
A．①不是重核裂变方程，是典型的衰变方程，A错误；
B．②是轻核聚变方程，，所以Y是中子，B正确；
C．太阳内部发生的核聚变主要是氢核的聚变，，K是中子，不是正电子，C错误；
D．④不是衰变方程，是重核裂变方程，D错误。
故选B。
4．C
【详解】
现已建成的核电站的能量来自于重核裂变放出的能量。
故选C。
5．D
【详解】
A．查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子，故A错误；
B．核反应堆中的“慢化剂”是减慢中子速度，故B错误；
C．经重核裂变过程有质量亏损，所以裂变过程后核子的平均质量减小，故C错误；
D．重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．核能是指原子核发生裂变或聚变过程中释放的能量，故A错误；
B．半衰期是原子核本身的属性，与外界条件无关，无法通过减小放射源的半衰期清除放射源，故B错误；
C．目前核电站均是通过重核的裂变来发电的，故C错误；
D．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
B．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1，质量数为1，X为质子，B错误；
A．一个氘和一个氦3发生核聚变，产生一个氦4和一个质子，根据爱因斯坦质能方程得，释放的核能
ΔE＝Δmc2＝（2.0136＋3.0150－4.00151－1.00783）×931.5MeV≈17.9MeV
A正确；
C．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以反应后的总质量小于反应前的总质量，但是质量数守恒，C错误；
D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用核裂变发电，D错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．射线是电磁波，故A错误；
B．衰变的电子是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子，电子来自原子核，但不是原子核的组成部分，故B错误；
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；
D．的半衰期是5天，经过10天，即2个半衰期，剩余质量
故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．两轻核反应生成中等质量的核，属于轻核聚变，故A错误；
B．氦核轰击铝，产生磷的同位素，属于一种人工核转变，故B错误；
C．反应物只有一个，生成物有氦核，属于衰变，故C错误；
D．中子轰击铀核，生成两中等核和中子，构成链式反应，属于核裂变反应，故D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．粒子的质量数是4，电荷数是2，所以经过一次衰变后变为，故A正确，不符合题意；
B．根据电荷数守恒、质量数守恒知，的电荷数为
质量数为
可知为电子，故B正确，不符合题意；
C．核反应方程
为人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，故C错误，符合题意；
D．铋210的半衰期是5天，经过1个半衰期，有半数发生衰变；铋210还剩时，根据
代入数据可得，那么经过3个半衰期。所以铋的半衰期
天天
故D正确，不符合题意。
故选C。
11．B
【详解】
AC．聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变中会有质量亏损，由质能方程可知，要放出大量的能量，AC错误；
B．聚变反应产生了新的原子核，同时由于质量亏损，会有核能的释放，B正确；
D．目前现有的核电站都采用的是铀核裂变反应发电，D错误。
故选B。
12．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。
13．BC
【详解】
A．原子的特征谱线说明原子只能处于不连续的、分立的能级上，是原子具有分立能级的有力证据，故A错误；
B．考古专家发现某具骸骨1g碳样品中的含量是活着的生物体1g碳样品中含量的，可知经历了2个半衰期，的半衰期为5730年，则确定该生物死亡时距离今天约11460年，故B正确；
C．根据电荷数守恒和质量守恒有
即的电荷数为，质量数为0，可知为电子，即为β射线，故C正确；
D．镉具有很大的中子吸收界面，所以用来吸收裂变产生的中子，而不是石墨，故D错误。
故选BC。
14．AB
【解析】
【详解】
A项：该反应为核裂变反应；其能否发生跟铀原料的临界体积有关故A正确．
B项：因为裂变产物钡比铀的比结合能大；从而产生了质量亏损，放出能量；故B正确；
C项：核反应过程中，质量亏损为：；故C错误．
D项：在裂变反应中亏损的质量以能量的形式释放出来，不是亏损的质量变成了能量；故D错误；故选AB．
15．AD
【解析】
A、卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子,该核反应方程式电荷数、质量数都守恒.故A正确；
B、铀核裂变的核反应是： ，故B错误；
C、根据质能方程知两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是： ，故C错误；
D、根据质量数和电荷数守恒可知在在衰变方程中，X原子核的质量数是235，故D正确；
故选AD
16．见解析
【详解】
能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。
核能发电
优点：不消耗一次能源；
缺点：核泄漏会造成核辐射；
水力发电
优点：历史悠久，后期成本很低。无污染，水能可再生，水能蕴藏总量大。
缺点：固定资产投资大，对地理环境要求高，比如中国西南部水力资源极其丰富，但自然环境恶劣，建设困难，始终无法加以利用。
17．(1)；(2)；(3) 见解析
【详解】
(1)一次核反应的质量亏损为
一年释放的核能为
根据质能方程
总的质量亏损为
需要的浓缩铀为
解得
(2)根据题意得
解得
(3)修建水泥层，屏蔽防护，废料深埋等。