7.4裂变与聚变 自主提升过关练（word解析版）

7.4裂变与聚变 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（　　）
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应平均每个核子释放的能量一定比裂变反应大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中形成质量较大的核，故反应后质量增大
2．2019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
3．下列说法正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
B．放射性元素的半衰期与外界压强、原子的化学状态无关
C．依据玻尔理论氢原子从高能级状态向低能级状态跃迁时会吸收光子
D．紫光照射金属板发生光电效应时，增大入射光强度，则光电子的最大初动能增大
4．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
5．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，有一种核裂变方程为，下列说法正确的是（　　）
A．裂变反应中亏损的质量变成了能量
B．裂变反应出现质量亏损导致质量数不守恒
C．X原子核中有54个质子
D．X原子核比铀核的平均结合能小
6．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
7．核动力航空母舰因其性能强劲堪称海上霸主，它利用可控制核裂变释放的核能获得动力，核反应方程为：。已知光在真空中速度为c，的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为。下列说法正确的是（　　）
A．X为中子，
B．反应过程中的质量亏损为
C．三种比结合能的大小关系为
D．此核裂变释放核能约为
8．我国科学家为解决“玉兔二号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔二号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
9．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
10．太阳在“核燃烧”的过程中放出大量能量下列核反应方程中，属于太阳能量来源的核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
11．下列说法正确的是（ ）
A．研制核武器的钚239（Pu）由铀239（U）经过4次衰变而产生
B．发现中子的核反应方程是 + He→ + n
C．20g的U经过两个半衰期后其质量变为15g
D．U在中子轰击下，生成Sr和Xe的核反应前后，核子总数减少
12．国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”，首次记录到能量达的伽马（射线）光子，这是人类观测到的最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”的时代。若该伽马光子为核反应产物，已知真空中光速为，则该核反应质量亏损约为（　　）
A． B．
C． D．
13．铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应被定名为核裂变。1947年我国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可以分裂为三部分或四部分。关于铀核的裂变，下列说法正确的是（　　）
A．裂变的产物不是唯一的
B．裂变的同时能放出2或3个中子
C．裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大
D．裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应才可以持续下去
14．钚的一种同位素衰变时能释放巨大能量，其衰变方程为，则（　　）
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．核反应中γ光子的能量就是结合能
C．核比核更稳定，说明的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以比的比结合能小
15．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有（　　）
A．X是中子 B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应
二、解答题
16．天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的。
（1）若把氢核聚变反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（），请写出该氢核聚变反应的方程，并计算该氢核聚变反应释放的能量。
（2）研究表明，银河系的年龄约为，每秒银河系产生的能量约为（即）。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量。（结果保留一位有效数字）
（3）根据估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。（可能用到的数据：银河系质量约为，原子质量单位，1u相当于的能量，电子质量，氦核质量，氢核质量，中微子的质量为零。）
17．放射性原子核U先后发生α衰变和β衰变后，变为原子核Pa、已知U质量为m1=238.0290u，Pa质量为m2=234.0239u，α粒子的质量为mα=4.0026u，电子的质量为me=0.0005u。（原子质量单位1u相当于931.5Mev的能量）则：
（1）写出放射性衰变方程；
（2）原子核U衰变为Pa的过程中释放能量为多少；
（3）若U的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2kgU，经过90亿年后，还剩多少U。
参考答案
1．B
【详解】
AB．因参与核反应的核子质量未知，所以在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定比裂变多，故A错误，B正确；
CD．聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故CD错误。
故选B。
2．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。
3．B
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A错误；
B．放射性元素的半衰期与外界压强、原子的化学状态无关，故B正确；
C．依据玻尔理论氢原子从高能级状态向低能级状态跃迁时会释放光子，故C错误；
D．根据爱因斯坦光电方程
知紫光照射金属板发生光电效应时，增大入射光强度，则光电子的最大初动能不变，故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
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。
5．C
【详解】
AB．裂变反应中释放核能有质量亏损，但质量数守恒，质量与能量之间存在一定的关系，但不是质量转变为能量，选项AB错误；
C .由于核反应中电荷数守恒，故X原子核中有54个质子，选项C正确；
D．重核的裂变是由平均结合能小的重核在中子的轰击下裂变成平均结合能较大的中等质量的原子核，所以X原子核比铀核的平均结合能大，选项D错误。
故选C。
6．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。
7．D
【详解】
A．由电荷数守恒及质量数守恒可得
故X为中子，，A错误；
D．此核裂变释放核能约为
D正确；
B．据质能方程可得，反应过程中的质量亏损为
B错误；
C．如图所示
据比结合能曲线图可知
C错误。
故选D。
8．A
【详解】
A．此核反应是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故A正确；
B．此核反应是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，所以不宜采用，故B错误；
C．此核反应是人工核转变反应，需要高能α粒子，在月球上不宜实现，故C错误。
D．此核反应是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故D错误；
故选A。
9．A
【详解】
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。
10．D
【详解】
太阳能量来源于轻核聚变，则
A．核反应方程
为衰变，故A错误；
B．核反应方程
为原子核的人工转变，故B错误；
C．核反应方程
故C错误；
D．核反应方程
为轻核聚变，故D正确。
故选D。
11．B
【详解】
A．β衰变的过程中，质量数不变，核电荷数增加1个，所以衰变为的方程为
则
92 = 94 + n × ( - 1) = 2
A错误；
B．发现中子的核反应方程是
B正确；
C．根据半衰期公式
U经过两个半衰期后其质量变为5g，C错误；
D．重核裂变反应的核反应中质量数即核子数守恒、电荷数都守恒，释放核能对应质量亏损，D错误。
故选B。
12．C
【详解】
根据爱因斯坦质能方程
即
解得
故C正确，ABD错误。
故选C。
13．ABD
【详解】
A．因铀核也可以分裂为三部分或四部分，可知裂变的产物不是唯一的，A正确；
B．裂变中放出中子，数目有多有少，在裂变的同时能放出2或3个中子，这些中子再轰击其他铀核发生裂变，B正确；
D．裂变物质达到一定体积（即临界体积），链式反应才可以持续下去，D正确；
C．在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但每个核子平均释放的能量在聚变反应中一般比在裂变反应中的大，C错误。
故选ABD。
14．AD
【详解】
AD．核燃料在反应过程中要释放巨大能量，所以总是要利用比结合能小的核，才能更容易实现，故AD正确；
B．衰变中因质量亏损释放的核能，表现为新核的动能和γ光子的能量，而结合能等于把原子核拆分为核子需要的能量，两者是不同的，核反应中γ光子的能量是结合能中的一小部分，故B错误；
C．原子核的比结合能越大越稳定，故的比结合能大，故C错误。
故选AD。
15．AD
【详解】
A．根据核反应中质量数和电荷数守恒，可知X是，所以为中子，A正确；
B．Y应为，所以Y的质子数为3，核子数为6，中子数为3，B错误；
C．两核反应均有能量释放，根据爱因斯坦质能方程，两核反应都有质量亏损，C错误；
D．由聚变反应概念知，D正确。
故选AD。
16．（1），；（2）；（3）宇宙诞生后2分钟左右生成的
【详解】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为
核反应中的质量亏损
代入数据得释放出的核能
（2）设由上述核反应产生的氦核质量为m，则
占银河系质量的百分比为
（3）由估算结果可知，远小于的实际值，因此银河系中的氦主要是由宇宙诞生后2分钟左右生成的。
17．（1）；（2）1.86MeV；（3）0.5k
【分析】
1）根据质量数和电荷数守恒可正确书写该衰变方程。
（2）衰变过程满足质能方程，根据这个方程列方程即可求解。
（3）根据总质量（m0）、衰变质量（m）、衰变时间（t），半衰期（T）之间关系式，代入数据可正确解答。
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为
（2）上述衰变过程的质量亏损为
放出的能量为
代入题给数据得
（3）总质量（m0）、衰变质量（m）、衰变时间（t），半衰期（T）之间关系为
将
m0=2kg
T0=45亿年
t=90亿年
代人解得