第五章第4节核裂变与核聚变基础训练（Word版含答案）

2019人教版选择性必修第三册 第五章 第4节 核裂变与核聚变 基础训练
一、多选题
1．下列说法正确的是________．
A．氘和氚聚变反应中产生的氦核具有放射性
B．核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子
C．核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度
D．裂变反应后的平均结合能比反应前的平均结合能小
2．以下有关近代物理内容的几种说法中正确的是(　　)
A．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
D．用14 eV光子照射位于基态的氢原子，可使其电离
3．在匀强磁场中，一个静止的铀原子核经α衰变后变成一个新核，衰变方程为，结果得到的径迹为两个相切圆1和2的径迹照片如图所示。已知两个相切圆半径分别为r1、r2，且r1＜r2，则下列说法正确的是（　　）
A．衰变后核的动量与α粒子的动量不相同
B．半径为r1的圆为放出α粒子的运动轨迹
C．衰变后核的质量与α粒子的质量之和等于衰变前铀核的质量
D．若铀元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的核中有1.5 kg已经发生了衰变
4．用中子轰击原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则以下说法中正确的是（ ）
A．X原子核中含有84个中子
B．反应生成物的总结合能比原子核的结合能小
C．X原子核中核子的平均质量比原子核中核子的平均质量小
D．X原子核中核子的比结合能比原子核中核子的比结合能大
5．下列说法中正确的是（　　）
A．根据甲图氢原子的电子云示意图显示，电子在波尔能级理论中的基态运动是一个概率问题
B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，原子核中的平均核子质量比的要小
C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须具有一定的体积或质量
D．根据丁图中氡的衰变可知，氡经过38天后还剩
二、单选题
6．下列说法中正确的是（　　）
A．铀235裂变成氙136和锶90并放出9个中子
B．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半
C．石墨在反应堆起到降低核反应速度的作用
D．较重的核分裂成中等质量大小的核，核子的比结合能会增加
7．静止在匀强磁场中的核发生α衰变后生成Th核，衰变后α粒子的速度方向垂直于磁场方向，则以下结论中正确的是( )
A．衰变方程可表示为：
B．衰变后的Th核和α粒子等轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1:45
C．Th核和α粒子的动能之比为2:117
D．若α粒子转了117圈，则Th核转了45圈
8．在某恒星内发生着剧烈的核反应，其中一个核反应是三个粒子（）结合成一个碳核（），参照“比结合能-质量数”图像下列说法正确的是（　　）
A．该反应是原子弹爆炸的基本原理
B．按照质量守恒定律，三个氦核（）的质量之和等于一个碳核（）的质量
C．三个氦核（）的结合能之和大于一个碳核（）的结合能
D．碳核（）比氦核（）更稳定
9．静止的镭核发生衰变，释放出的粒子的动能为E0 ，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（　　）
A． B． C． D．
10．关于核反应的类型，下列表述正确的是（　　）
A．是α衰变
B．是β衰变
C．是核聚变
D．是核裂变
11．据悉我国第四代反应堆核能系统钍基熔盐堆能源系统研究已获重要突破。该系统是以钍作为核燃料，钍核俘获一个中子后经过两次衰变可得到核燃料铀233。铀核的一种典型裂变产物是氪和钡，同时释放出巨大能量。下列说法正确的是（　　）
A．钍核有90个中子，142个质子
B．钍核俘获一个中子的核反应方程是
C．产生的核反应方程是
D．铀核裂变反应方程是
12．Th经过一系列α衰变和β衰变后变成Pb，则Pb比Th少（　　）
A．24个核子，8个质子 B．8个核子，16个中子
C．24个核子，8个中子 D．8个核子，16个质子
13．下列说法正确的是（ ）
A．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道，原子的能量减少，电子的动能增加
B．中子与质子结合成氘核时吸收能量
C．卢瑟福的α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
D．入射光照射到某金属表面发生光电效应，若仅减弱该光的强度，则不可能发生光电效应
14．2021年4月，日本决定将福岛核电站所产生的核废水排向海洋，此举引发了国际社会的广泛争议。据报道氚是核废水中主要放射性物质之一，其半衰期长达12.5年下列有关说法正确的是（　　）
A．福岛核电站所利用的核反应方程可能是
B．排放的核废水中所含有的氚全部衰变完需要25年
C．氚与氕、氚这两种同位素具有相同的中子数
D．氚发生变后生成的产物为氦的同位素
15．用中子轰击产生了m个某种粒子X，核反应方程为：，则粒子X是（　　）
A． B． C． D．
16．下列五幅图的有关说法中正确的是（　　）
① ②③ ④ ⑤
A．若两球质量相等，碰后的速度一定为v
B．射线甲是α粒子流，具有很强的穿透能力
C．在光的颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越小
D．链式反应属于重核的聚变
E.中央亮条的宽度代表粒子动量的不确定范围
三、解答题
17．有些核反应过程是吸收能量的，例如，在中，核反应吸收的能量.在该核反应方程中，X表示什么粒子 X粒子以动能轰击静止的核，若，则该核反应能否发生 请简要说明理由.
18．中子的发现是守恒定律在核反应过程中的重要应用,1930年发现用钋放出的α射线轰击Be核时产生一种射线,其贯穿能力极强,能穿透几厘米厚的铝板,当时著名物理学家居里夫人也不知道这是一种什么射线．1932年,英国青年物理学家查德威克用这种射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出了一些氢核和氮核．若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,测出被打出的氢核最大速度为vH=3.5×107 m/s,被打出的氮核的最大速度 vN=4.7×106 m/s,假定正碰时无能量损失,设未知射线中粒子的质量为m,初速为v,被打出的核质量为m'．
(1)推导出被打出的核的速度v'的表达式;
(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m与质子质量之比．(氮核质量mN为氢核质量mH的14倍)
19．完成以下核反应方程：
(1)
(2)
(3)
四、填空题
20．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力。核反应23592U+10n→14156Ba+9236Kr+yX是若干核反应的一种,其中X为待求粒子,y为X的个数,则X是___(选填“质子”、“中子”、“电子”)，y=___.若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为△m=___.
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．BC
【解析】
【详解】
氘和氚聚变反应中产生的氦核因原子序数较小，则不具有放射性，选项A错误；核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子，选项B正确；核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度，选项C正确；裂变反应放出核能，则反应后的平均结合能比反应前的平均结合能大，选项D错误。
2．BD
【解析】
【详解】
A．轻核聚变与重核裂变均释放能量，都有质量亏损．故A项错误．
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，故B项正确．
C．半衰期与外界因素无关，使放射性物质的温度升高，其半衰期不变．故C项错误．
D．基态的氢原子的电离能是13.6eV，用14 eV的光子照射处于基态的氢原子，光子的能量大于氢原子的电离能，可使其电离．故D项正确．
故选BD。
点睛：当入射光子的能量大于等于原子的电离能时，可使该原子电离；当入射光子的能量等于原子两能级的能量差时，可使对应原子跃迁．
3．AD
【详解】
A．衰变前，铀核的动量为零，根据动量守恒定律可知，新核与α粒子的动量大小相等，方向相反，所以二者动量不同，故A正确；
B．新核与α粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得
由于p、B都相等，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于放出粒子的电荷量，所以新核的轨道半径小于放出粒的轨道半径，则半径为r1的圆为新核的运动轨迹，半径为r2的圆为放出α粒子的运动轨迹，故B错误；
C．铀核衰变的过程中，存在质量亏损，导致衰变后核的质量与α粒子的质量之和小于衰变前铀核的质量，故C错误；
D．2 kg的核衰变，符合统计规律，经过2τ的时间，即2个半衰期的时间，已有1.5 kg发生衰变，故D正确。
故选AD。
4．CD
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为140，电荷数为54，则中子数为86，故A错误；
B．在裂变的过程中，有能量释放，则反应生产物的总结合能比原子核的结合能大，故B错误；
CD．X原子核属于中等核，则原子核中核子的平均质量比原子核中核子的平均质量小，原子核的比结合能较大，故CD正确。
故选CD。
5．AC
【详解】
A．玻尔理论具有一定的局限性，电子没有确定的轨道，基态运动是一个概率问题，故A正确；
B．比结合能大的原子核越稳定，平均核子的质量越小，原子核中的平均核子质量比的要大，故B错误；
C．裂变反应的进行需要临界体积或临界质量，故C正确；
D．氡原子核的半衰期为3.8天，1g氡经过38天，还剩下，故D错误。
故选AC。
6．D
【详解】
发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，铀235裂变成氙136的锶90的过程中，质量数守恒，由于中子的质量数等于1，所以中子的个数：，所以可能的裂变的反应方程式为：，A错误；经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，产生新核，导致剩下的总质量要大于原质量的一半，B错误；核反应堆中的燃料是铀，用石墨、重水作为慢化剂，石墨在反应堆起到使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收的作用，C错误；裂变和聚变都伴随着巨大能量的释放，出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知道：核子的比结合能都会增加，D正确．
7．C
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒 ，中间不是等于号．故A错误．根据动量守恒定律得，Th核和α粒子的动量大小相等，方向相反，则，知轨道半径等于两粒子的电量之反比，为1：45，因为两粒子电性相同，速度方向相反，轨迹为两个外切圆．故B错误．根据动量守恒定律知，Th核和α粒子的动量大小相等，则动能EK=，所以动能之比等于质量之反比，为2：117．故C正确．根据周期T=，知周期比等于质量和电荷量比值之比，所以Th核和α粒子的周期之比为117：90，所以α粒子转了117圈，则Th核转了90圈．故D错误．故选C．
8．D
【详解】
A．原子弹爆炸是裂变反应，A错误；
BC．结合图可知氦核（）的比结合能比碳核（）的小，所以三个氦核（）的结合能之和小于一个碳核（）的结合能，在该反应过程中存在质量亏损，放出能量，BC错误；
D．比结合越大的原子核越稳定，所以碳核（）比氦核（）更稳定，D正确。
故选D。
9．B
【详解】
镭核发生α衰变的核反应方程式为
令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则根据动量守恒可得
其中
所以氡核的动能为
根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损为
故选B。
10．A
【解析】
【详解】
A、 是α衰变，故A正确；
B、是原子核的人工转变，不是β衰变，故B错误；
C、，是原子核的人工转变，不是核聚变，故C错误；
D、，生成了电子，可知是β衰变，不是核裂变，故D错误；
11．D
【详解】
A．钍核有90个质子，有个中子，故A错误；
BC．钍核俘获一个中子后经过两次衰变的核反应方程是
故BC错误；
D．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程为
故D正确。
故选D。
12．A
【解析】
【详解】
Pb的核子数为208个，质子数为82个，中子数为208﹣82＝126（个）；Th的核子数为232个，质子数为90个，中子数为232﹣90＝142（个）；则Pb比Th的核子数少232﹣208＝24（个），质子数少90﹣82＝8（个），中子数少142﹣126＝16（个）；
A. 24个核子，8个质子，与结论相符，选项A正确；
B. 8个核子，16个中子，与结论不相符，选项B错误；
C. 24个核子，8个中子，与结论不相符，选项C错误；
D. 8个核子，16个质子，与结论不相符，选项D错误；
13．A
【解析】
【详解】
A．电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据
可知半径越小，动能越大，故A正确；
B．中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损，释放能量，故B错误；
C．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型，故C错误；
D．根据光电效应方程EKM=hγ－W0知，入射光的频率不变，若仅减弱该光的强度，则仍一定能发生光电效应，故D错误。
故选A。
14．D
【详解】
A．当今世界上正在运行生产的核电站均运用核裂变反应，可控核聚变正在试验研究阶段，故A项错误；
B．每经历一个半衰期，剩下的原子核数量是原来的一半，因此，25年后剩下的氚应是排放时的四分之一，B项错误；
C．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，故C项错误；
D．根据质量数和电荷数守恒的原则，可得β衰变的核反应方程
故D项正确。
故选D。
15．D
【详解】
由质量数和电荷数守恒得
1+239-（90+146）=4
故粒子X的质量数为1，且m=4；由
0+94-（38+56）=0
知粒子X的质子数为0，所以该粒子为中子，故D正确，ABC错误。
故选D。
16．E
【解析】
【详解】
A.若两球质量相等，且碰撞为弹性碰撞，则碰撞前后两球会交换速度，碰后的速度和碰前的速度相等，否则，机械能会有损失，速度会小于v，故A错误；
B.甲粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则，该粒子带负电，故甲为粒子流，故B错误；
C.饱和光电流与入射光的强度有关，入射光强度越大，饱和光电流越大，故C错误；
D.链式反映属于重核的裂变，不是核聚变，故D错误；
E.根据不确定关系，，光子的位置和动量不能同时确定，中央亮纹的宽度是确定的，故可根据亮纹宽度来计算动量的不确定范围，故E正确．
故选E．
17．X表示 不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求
【详解】
根据核反应中质量数和电荷数守恒，可求出X粒子的质量数和电荷数分别为4和2，所以X粒子是.粒子轰击静止的核，且其动能，说明粒子具有动量，由动量守恒定律知，反应后总动量不为零，则系统剩有能量，所以这样的核反应不能发生.
18．(1) (2)
【详解】
(1)未知射线其实是中子流,中子与静止的核正碰过程中应遵守两个守恒定律,即系统动量守恒与机械能守恒．
则据动量守恒有
mv=mv″+m'v'(v″为中子的末速度)．
据机械能守恒有
联立两式解得：
(2)据上式可得
两式相除可得
解得
19．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)根据质量数和电荷数守恒可知
(2)根据质量数和电荷数守恒可知
(3)根据质量数和电荷数守恒可知
20．中子3
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒得，yX的总电荷数为0，总质量数为3，知X为中子，y等于3。根据爱因斯坦质能方程E=△mc2，则。
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