5.4核裂变与核聚变 学科素养提升练（word版含答案）

5.4核裂变与核聚变 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是（　　）
A．氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小
B．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线
C．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，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，其反应方程为
2．秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座核电站。一种典型的铀核裂变反应为，下列判断正确的是（　　）
A．，X是粒子 B．，X是质子
C．，X是中子 D．，X是电子
3．关于近代物理的知识，下列说法正确的是（　　）
A．比结合能越小，原子核越稳定
B．铀核裂变的一种核反应方程为
C．衰变就是原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，电子以射线的形式被释放出来
D．若氢原子从n=6的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6的能级向n=1的能级跃迁时辐射出的光也一定不能使该金属发生光电效应
4．2021年4月13日，日本政府宣布决定将福岛第一核电站核污水排入大海，这一消息在国内外引起强烈抗议，为维护国际公共利益和中国人民健康安全，我国已通过外交渠道向日方表明严重关切，要求日方切实以负责任的态度审慎对待福岛核电站核废水处置问题。以下关于核力发电的说法中正确的是（　　）
A．核力发电利用的是轻核聚变释放出来的核能
B．核裂变过程满足电荷数守恒和质量数守恒
C．核裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小
D．裂变物质的体积小于临界体积时才能发生链式反应
5．常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核反应释放出的核能。在太阳内部发生的某核反应方程是，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于裂变反应 B．该核反应过程有质量亏损
C．一个中有4个中子 D．方程中的为电子（）
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．贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
8．下列关于核反应的说法正确的是（　　）
A． U→Th＋He是铀核的裂变
B．H＋H→He＋n是α衰变方程
C． Th衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变
D．核反应Al＋ He→P＋X中的X是质子
9．在用电高峰时期，电网负荷比较大，为了确保居民、农业、重要公益事业和公益性服务等用电供应，会在部分地区对工业生产实行“拉闸限电”和优化供电渠道。下列关于能源和可持续发展说法合理的是（　　）
A．太阳能的利用对环境的影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳能电池将太阳能转化为电能
B．水能是可再生能源，水电站是利用水能的唯一形式
C．利用核能的方法有核聚变和核裂变，核电站就是利用核聚变来发电的
D．实现可持续发展，一方面要大力提倡多使用能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明
10．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
11．2018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
12．有下列4个核反应方程，核反应类型依次属于（ ）
① ②
③ ④
A．衰变、裂变、人工转变、聚变 B．裂变、裂变、聚变、聚变
C．衰变、衰变、聚变、聚变 D．衰变、人工转变、人工转变、聚变
13．关于世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）的说法正确的是（　　）
A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→ He＋
B．“人造太阳”的核反应方程是 ＋→ ＋ Kr＋3
C．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝ mc2
D．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是
14．2020年11月，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，创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。关于该核电站，下列说法正确的是（　　）
A．其核能来源于核聚变释放的能量
B．核反应后的核废料不能直接排放到海洋中
C．反应堆的外面需要修建防护层用来屏蔽各种射线
D．核反应产物的比结合能比核燃料的比结合能低
15．下列说法正确的是（　　）
A．太阳的巨大能量就是核聚变产生的
B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等
C．在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最强，γ射线的电离能力最强
D．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用
二、解答题
16．核聚变的燃料可从海水中提取。海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为。从海水中提取的氘发生聚变反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升汽油？（汽油的热值为）
17．如图所示是铀核裂变的示意图．中子以速度轰击静止的铀235产生激发态的铀236，再裂变成两个中等质量的核、，图示的核反应释放的核能为，已知普朗克常量为，真空中的光速为．
（1）求激发态铀236的速度大小；
（2）写出核反应方程，并计算反应中的质量亏损；
（3）求核反应中产生频率为的光子能量和动量为的中子的德布罗意波波长。
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参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
A．氢原子辐射出一个光子后，原子能级降低，电子的动能增大，电势能减小，故A错误；
B．三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故B正确；
C．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，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，所以核反应方程为
故D错误。
故选B。
2．C
【解析】
【详解】
由电荷数守恒得
则X是中子。
由质量数守恒得
解得
故ABD错误，C正确。
故选C。
3．C
【解析】
【详解】
A．比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；
B．是的衰变方程。铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，铀核的一种典型核裂变方程为，故B错误；
C．衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，这个电子以射线的形式释放出来，故C正确；
D．根据玻尔理论可知，氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出的光子能量大于氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出的光子能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应，故D错误。
故选C。
4．B
【解析】
A．核力发电利用的是重核裂变释放出来的核能，故A错误；
B．核反应过程都满足电荷数守恒和质量数守恒，故B正确；
C．核反应产生的新核更稳定，比结合能更大，故C错误；
D．裂变物质的体积大于临界体积时才能发生链式反应，故D错误。
故选B。
5．B
【解析】
A．该核反应属于核聚变反应，故A错误；
B．该核反应前后质量数守恒，但这个核反应释放出的能量，有质量亏损，反应前后总质量不相等，故B正确；
C．一个中有2个质子，2个中子，故C错误；
D．根据质量守恒定律和核电荷数守恒，该反应方程式为
方程中的X为正电子，故D错误。
故选B。
6．D
【解析】
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
【解析】
A．该选项的反应释放出α粒子，属于α衰变，故A正确；
B．该选项属于重核裂变，故B错误；
C．该选项属于轻核聚变，故C错误；
D．该选项是原子核的人工转变，不是放射性衰变，故D错误．
故选A。
8．C
【解析】
A．U→Th＋He是铀核的衰变，故A错误；
B．H＋H→He＋n是氢核的聚变方程，故B错误；
C．设Th衰变为Rn经过m次α衰变，n次β衰变，根据质量数和电荷数守恒可得
解得
，
故C正确；
D．核反应Al＋ He→P＋X中的X的质量数为1，电荷数为0，所以X是中子，故D错误。
故选C。
9．A
【解析】
A．太阳能的利用对环境的影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳能电池将太阳能转化为电能，所以A正确；
B．水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式，选项B错误；
C．核电站是利用可控核裂变来发电的，选项C错误；
D．实现可持续发展，方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明，选项D错误；
故选A。
10．D
【解析】
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。
11．B
【解析】
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。
12．A
【解析】
①反应中，自发的放出一个电子，是衰变，②该反应是吸收一个中子后裂变为两个中等质量的原子核，是重核的裂变，③反应中是用粒子轰击，属于原子核的人工转变，④反应中是两个质量较小的原子核聚变为中等质量核的过程，属于轻核的聚变，故四个核反应类型依次属于衰变、裂变、人工转变、聚变。
故选A。
13．AD
【解析】
AB．“人造太阳”是根据核聚变反应制造的，其核反应方程是
H＋H→ He＋
A正确，B错误。
CD．根据爱因斯坦质能方程可知，“人造太阳”释放的能量的计算式为
C错误，D正确。
故选AD。
14．BC
【解析】
A．其核能是来源于核裂变释放的能量，A错误；
BC．因为核反应产生的核废料有辐射性，有污染性，故核废料不能直接排放到海洋中，反应堆的外面需要修建防护层用来屏蔽各种射线，BC正确；
D．核反应产生能量是因为其产物的比结合能比核燃料的比结合能高，D错误
故选BC。
15．AD
【解析】
A．太阳的巨大能量就是核聚变产生的，所以A正确；
B．原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，所以B错误；
C．在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最弱，γ射线的电离能力最弱，所以C错误；
D．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，所以D正确；
故选AD。
16．，
【解析】
氘聚变方程为
两个氘核释放的能量为
海水中含有氘核为
从海水中提取的氘发生聚变反应时，能释放
相当于燃烧的汽油质量为
其体积为
17．（1）；（2），，；（3），
【解析】
（1）设中子的质量为，则激发态铀236的质量约为，由动量守恒定律可知
解得
（2）根据电荷数守恒和质量数守恒得核反应方程为
根据
可知，反应中的质量亏损为
（3）频率为的光子能量为
动量为的中子的德布罗意波波长为
试卷第页，共页