5.4核裂变和核聚变基础巩固（word版含答案）

5.4核裂变和核聚变基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．下列核反应中是α衰变的方程是（　　）
A． B．
C． D．
2．有关下列四幅图的说法正确的是（　　）
A．甲图中，链式反应属于轻核聚变
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
C．丙图中射线1由粒子组成，射线2为射线，射线3由粒子组成
D．丁图中，球以速度碰撞静止球，若两球质量相等，碰后的速度一定为
3．是核反应堆中的主要核燃料之一，U具有放射性，会发生衰变，俘获中子后会发生裂变产生中等质量的原子核，则下列说法正确的是（　　）
A．衰变过程放出能量，裂变过程吸收能量
B．衰变过程吸收能量，裂变过程放出能量
C．衰变过程和裂变过程均放出能量
D．衰变过程和裂变过程均吸收能量
4．核反应在原子核发生转变的同时伴随着巨大的能量变化，关于核反应和核能，下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程属于轻核的聚变
B．原子核结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核就越稳定
C．太阳辐射能量是因为其内部在不断进行着核裂变反应
D．所有具有质量亏损的核反应都伴随着核能的释放
5．2019年4月23日，在中国海军建军70周年阅兵式上，中国海军的093改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理
B．核反应方程属于裂变，是核潜艇的动力原理
C．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
6．太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其“核燃烧”的核反应方程为，，方程中X表示某种粒子，是不稳定的粒子，其半衰期为T，这个核反应释放出的能量为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．若使，的温度降低，其半衰期会减小
B．方程中的X为电子
C．该核反应过程产生的质量亏损为
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
7．关于下列核反应方程的说法正确的是（　　）
A．是α衰变方程
B．是核裂变方程
C．一定是释放核能的核反应方程
D．是发现中子的核反应方程
8．下列说法正确的是（　　）
A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核要释放核能
B．重核发生裂变时需要吸收能量
C．核力是核子间的万有引力和库仑力的合力
D．中子与中子之间的核力一定大于中子与质子间的核力
9．下列说法中错误的是（　　）
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为He＋N→O＋H
B．铀核裂变的核反应方程是：U→Ba＋Kr＋2n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
10．2020年12月4日，我国自主设计建造的新一代“人造太阳”一一中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国核聚变发展获得重大突破。关于核聚变和核能，下列说法正确的是（　　）
A．核聚变通常需要几百万开尔文以上的超高温，又称热核反应
B．太阳辐射的能量来源于核聚变，核聚变又称链式反应
C．一个氘核和一个氚核聚变的方程为：
D．核子平均质量越大，原子核越稳定
11．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．核反应堆中选用质量越大的核作为慢化剂与快中子碰撞，中子的减速效果越好
C．光的偏振说明光是纵波，我们能利用激光的偏振现象拍摄全息照片
D．太阳光谱中存在许多暗线，说明太阳表面大气层中存在着相应的元素
12．对下列各原子核变化的方程，表述正确的是（　　）
A．是α衰变
B．是β衰变
C．是核裂变 反应
D．是核裂变反应
13．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
14．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．甲图中，链式反应属于轻核的聚变
B．乙图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．丁图中，原来有1000个氡222，经过一个半衰期的时间，一定还剩余500个
15．下列属于原子核裂变的链式反应的是
A．核电站发电 B．氢弹爆炸
C．石油的形成 D．利用太阳能发电
二、综合题（共4题）
16．关于下列四幅图说法正确的是：_____
①放射线监测金属板厚度 ②核反应堆原理图
③康普顿效应示意图 ④电子束通过铝箔时的衍射图样
A．图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素
B．图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速
C．图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大
D．图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显
17．国家重大科技基础设施中国散裂中子源已经通过国家验收，投入正式运行。它是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。在某课题研究中核反应方程为，则是______。已知的质量为，的质量为，的质量为，的质量为，该反应释放能量为______。（质量亏损释放的能量约
18．不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能________（填“越大”或“越小”）的原子核越稳定，氘核和氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋n，已知H的比结合能是2.78 MeV，H的比结合能是1.09 MeV，He的比结合能是7.03 MeV，则该核反应所________（填“释放”或“吸收”）的能量为______MeV。
19．静止的镭核发生衰变，生成Rn核，该核反应方程为______________，已知释放出的粒子的动能为E0，假定衰变时能量全部以动能形式释放出去，该衰变过程总的质量亏损为____________。
三、综合题（共4题）
20．原子能发电（核电站）与火力发电有哪些异同点？你觉得哪一种发电更有利于环境？为什么？
21．假设每个铀发生核裂变时平均释放，则铀在裂变中所释放的能量是多少？三峡电站年均发电量，如果要建一座年发电量与三峡电站相同的核电站，则它每年要消耗多少铀？
22．太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个生成一个，瞬间释放大量的核能。已知的质量是，的质量是，，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）
(1)写出氦闪时的核反应方程式；
(2)计算一次氦闪过程释放的能量；
(3)求的发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知的标准煤燃烧释放的能量约为，。
23．一个质子的质量为m1，一个中子的质量为m2，氦核的质量为m3，光速为c。
(1)写出核子结合成氦核的核反应方程；
(2)计算核子结合成氦核时释放的核能△E；
(3)计算氦核的比结合能E。
参考答案
1．C
【详解】
A．是β衰变，故A错误；
B．是聚变反应，故B错误；
C．是α衰变，故C正确；
D．是人工转变，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．由图甲所示可知，链式反应属于重核裂变，不是轻核的聚变，故A错误；
B．乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故B正确；
C．丙图中，由左手定则可知，1带正电，则1射线由粒子组成，2不带电，射线2是射线，3射线粒子带负电，则3射线由电子组成，故C错误；
D．丁图中，两球碰撞过程系统的动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后的速度不大于，但不一定等于，故D错误；
故选B。
3．C
【详解】
由于衰变过程和裂变过程均有质量亏损，因此均放出能量，故C项正确，ABD错误。
故选C。
4．D
【详解】
A. 轻核聚变一般是指氢的同位素结合成氦核，并释放出大量能量的反应，它的最大特点是反应时需要高温，α粒子轰击氮核是人工转变，不是聚变，故A错误；
B. 比结合能越大，原子核就越稳定，结合能大的，比结合能不一定大，故B错误。
C. 太阳内部发生的是核聚变，不是核裂变，故C错误。
D. 根据爱因斯坦的质能方程，质量的变化伴随着能量的变化，有能量释放，就有质量亏损，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．核反应方程
属于裂变，是原子弹裂变反应原理，故A正确；
B．核反应方程
属于轻核聚变，是氢弹聚变原理，但不是核潜艇的动力原理，故B错误；
C．核反应方程
属于衰变，但射线来自于原子核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故C错误；
D．核反应前后核子数相等，但核反应遵循的是质量数守恒而非质量守恒，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．半衰期与外接环境无关，故温度改变，半衰期不变，故A错误；
B．根据质量数守恒，电荷数守恒判断X为，故B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程
解得该核反应过程产生的质量亏损为，故C正确；
D．“核燃烧”的核反应是聚变反应，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．α衰变是单个原子核放出α粒子，该反应不符合此特征，因此不是α衰变方程，选项A错误；
B．是α衰变方程，选项B错误；
C．是轻核聚变方程，该核反应释放核能，选项C正确；
D．查德威克发现中子的核反应用α粒子轰击铍核，选项D错误。
故选C。
8．A
【详解】
A．根据氢核聚变反应可知，比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时，因此要释放核能，A正确；
B．根据铀核裂变反应可知，重核裂变时有质量亏损，释放能量，B错误；
C．核力是核子间的强相互作用力，不是核子间的万有引力和库仑力的合力，C错误；
D．核力是短程力，与核子间的距离有关，由于距离未知，则中子与中子之间的核力不一定大于中子与质子间的核力，D错误。
故选A。
9．B
【详解】
A. 卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为
He＋N→O＋H
选项A正确，不符合题意；
B. 铀核裂变的核反应方程是
U＋n→Ba＋Kr＋3n
选项B错误，符合题意；
C. 质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，反应方程为
根据质能方程可知，释放的能量是
E= mc2=(2m1＋2m2－m3)c2
选项C正确，不符合题意；
D. 原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子，则
原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，则
那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为λ3的光子，则
联立可得
选项D正确，不符合题意。
故选B。
10．A
【详解】
A．当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，接近到而发生聚变，因此，核聚变又叫热核反应，A正确；．
B．太阳辐射的能量来源于核聚变，而链式反应发生在核裂变中，B错误；
C．一个氘核和一个氚核聚变的方程为
C错误；
D．原子核中核子平均质量越小，原子核越稳定，D错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，光电效应说明光子具有能量，而康普顿效应说明光子具有动量，能量和动量都是粒子性的特征，频率和波长才是波动性的特征，故A错误；
B．优良的减速剂必须具备两种性质：(1)对中子的吸收较少；(2)中子与它的核只要碰撞很少次数就能被减慢到所需要的程度。常用的减速剂有重水、石墨、铍等。一般减速剂均采用较轻的元素或化合物。中子与原子核的弹性碰撞会引起中子运动方向的改变和中子的一部分能量损失（将能量传给原子核），从动量和能量守恒定律出发，可证明，碰撞后质量为M的反冲核的能量为（即反冲核的质量等于中子质量时）最大为1，反之M与m的差距越大其值越小。比较轻的物质的原子核的质量更接近中子的质量，因而值大，减速效果好，故B错误；
C．只有横波才能产生偏振现象，光是横波，故C错误；
D．太阳发出的光谱是连续光谱，经过大气层过程中会变成一些暗线，是因为大气层中含有某些元素把太阳光中的对应的特征谱线，使太阳光谱中出现了暗线，故D正确。
故选D。
12．D
【详解】
A．是原子核的人工转变，A错误；
B．是轻核聚变反应，B错误；
C．是α衰变，C错误；
D．是重核裂变反应，D正确。
故选D。
13．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。
14．B
【详解】
A．甲图中，链式反应属于重核裂变图甲中， A错误；
B．乙图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，是该反应的过程中要放出能量，B正确；
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，C错误；
D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适应，D错误。
故选B。
15．A
【详解】
核电站是利用原子核的链式反应在可控制的核反应堆中进行，故A正确；氢弹爆炸是利用核聚变释放能量的原理制成的，故B错误；石油的形成，是复杂的过程，属于化学变化，故C错误；太阳能辐射是以热传递的形式传递热量，故D错误．故选A．
16．C
【解析】
α、β、γ三种射线的穿透能力不同，α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板，厚度的微小变化不会使穿过铝板的γ射线的强度发生较明显变化，所以基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化，即是β射线对控制厚度起作用，所以图①的放射性同位素应选择衰变时放出β粒子的同位素，故A错误；在核反应堆中石墨主要起减速剂的作用，将快中子变成慢中子．镉棒起到吸收中子的作用，能控制中子的数目，从而控制和反应的速度，故B错误；图③中的光子碰撞电子后，其能量减小，则波长将变大，选项C正确；根据波长和动量的关系λ=h/p，则图④中的电子的动量越大，波长越小，则衍射现象越不明显，选项D错误；故选C.
17．中子 18.90
【详解】
[1][2]中核反应方程为
根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0．所以X是中子；
反应前质量为
反应后质量为
反应过程质量亏损为
△
反应过程释放的能量
△
18．越大 释放
【详解】
[1] 比结合能用于表示原子核结合松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定。
[2][3] 聚变反应前和的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
所以反应释放的核能
19．
【详解】
静止的镭核发生α衰变，生成Rn核，其衰变方程为
衰变过程满足动量守恒，以α粒子运动的方向为正方向，则有
又
所以
解得
则总的动能为
这些能量是由衰变过程的质量亏损而产生的，由质能方程得亏损的质量为
20．见解析
【详解】
共同点：都是使用蒸汽推动汽轮机，再推动发电机工作，把机械能转化为电能。
不同点：蒸汽产生的方法不同。原子能发电利用铀核链式反应释放的巨大能量产生热蒸汽；而火力发电则采用烧煤的方式产生热蒸汽。
原子能发电更有利于环境保护，因为它不会释放二氧化碳等污染大气的物质。
21．；
【详解】
1kg铀235中含有的铀原子核个数为：
个
则1kg铀释放的能量为：
每年要消耗铀的质量为：
22．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)核反应方程为
(2)由题可知，在此核反应的瞬间会释放大量的的核能，所以这个核反应瞬间会有质量亏损。那么氦闪过程中质量亏损
由爱因斯坦质能方程
得，释放的能量为
解得
(3)设的的物质的量为n，则
设的中含有的个数为N，则
结合核反应方程，反应释放总能量为
设对应标准煤的质量为，则
联立解得
23．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得
(2)2个中子和2个质子结合成氦核时质量亏损
根据爱因斯坦质能方程，放出的能量为
(3)氦核的比结合能为