7.4裂变与聚变 课时提升练-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

7.4裂变与聚变 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．著名核物理学家邓稼先领导着许多学者和技术人员，成功地设计了中国原子弹和氢弹，把中国国防自卫武器引领到了世界先进水平，被誉为原子弹之父。若原子弹爆炸的核反应方程为，则（　　）
A．此核反应为聚变反应
B．核反应前后原子核总质量保持不变
C．核反应生成的新核的比结合能比轴核的小
D．根据核反应中质量数守恒，上述方程中
2．下列说法正确的是（　　）
A．太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和等于核反应后各原子核的质量之和
B．U核裂变的核反应方程是＋＋
C．原子从低能级向高能级跃迁时，不吸收光子也能实现
D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量也越大
3．下列关于核反应方程及描述，正确的是（　　）
A．He+Al→P+n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程
B．U→Xe+Sr+n是核聚变方程
C．H+H→He+n是α衰变方程
D．N+He→O+H是α衰变方程
4．2018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
5．我国的“人造太阳”核聚变实验反应堆技术世界领先。在“人造太阳”中发生的一种核聚变反应方程为已知氘核（）的质量为2.0136u，中子（）的质量为1.0087u。氦核（He）的质量为3.0150u，u为原子质量单位，1u相当于931MeV，下列说法正确的是（　　）
A．氦核（He）和中子（）的质量数之和小于两个氘核（）的质量数之和
B．核反应过程中的质量亏损△m=1.0122u
C．核反应过程中释放的核能△E=3.2585MeV
D．核反应过程中中子数减少了1个
6．一个碳12核与一个氢核相撞，二者会发生聚变产生一个氮13核，核反应方程为。如果碳核的比结合能为E1，氢核的比结合能为E2，氮核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为（　　）
A．13E3－12E1－E2 B．12E1＋E2－13E3
C．13E3＋12E1－E2 D．12E1－13E3－E2
7．2021年5月28日，有中国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（如图所示）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。已知该装置内发生的一种核反应为，其中原子核X的中子数为（　　）
A．5 B．3 C．2 D．1
8．我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置“人造太阳”，其核反应方程是，则（　　）
A．x为电子 B．反应前后质量守恒
C．该反应为吸热反应 D．的比结合能比的比结合能大
9．轻核的聚变反应会释放大量的能量，同时核聚变产物一般不会污染环境，是人类获得能源的理想方式。核聚变反应过程主要是以下四种：
＋→＋X1＋3.27MeV
＋→＋X2＋4.04MeV
＋→＋X3＋17.85MeV
＋→＋X4＋18.34MeV
对上面的反应中的X1、X2、X3、X4，属于中子的是（　　）
A．X1、X2、X3、X4 B．X2、X3、X4
C．X3、X4 D．X1、X3
10．用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的射线，这就是所谓的铍“辐射”，其核反应方程为He十Be→X+Y+4.7MeV，其中X为碳12，则下列说法正确的是（　　）
A．Y为质子
B．Y为电子
C．铍Be的结合能为4.7MeV
D．核反应中平均每个核子释放的核能约为0.36MeV
11．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是（　　）
A．He＋Al→P＋H是原子核的人工转变
B．F＋H→O＋He是α衰变
C．H＋H→He＋γ是核聚变反应
D．U→Sr＋Xe＋3n是核裂变反应
12．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
13．图中有四幅图片，涉及有关物理学发展历史的四个重大发现，则下列有关说法正确的是（　　）
A．甲图片与居里夫人有关
B．乙图片所反映的现象是贝克勒尔最先发现的
C．丙图片是法拉第研究阴极射线并发现电子的装置
D．丁图片与爱因斯坦的质能方程有关
14．核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是，铀核的质量为，钡核的质量为，氪核的质量为，中子的质量为。此类核反应中放出光子，能使逸出功为的金属板放出最大初动能为的光电子，已知电子的质量为，光速为，普朗克常量为，则（　　）
A．该核反应放出的核能为
B．光子是原子核外最外层电子向基态跃迁时放出的，因此能量很高
C．这些光电子的德布罗意波长不小于
D．该核反应产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能
15．铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有（　　）
A．X是中子
B．X是质子
C．U、Sr、Xe中，Sr的比结合能最大，最稳定
D．U、Sr、Xe中，U的质量数最大，结合能最大，最稳定
二、解答题
16．如图所示，边长为a的等边三角形bcd所围区域内磁感应强度为B，方向垂直纸面向内的匀强磁场，某时刻静止在b点的原子核X发生衰变，粒子沿bc方向射入磁场，经磁场偏转后恰好在d点沿cd方向射出已知粒子质量为m，电量为2e，剩余核的质量为M，衰变过程的核能全部转化为动能，求原子核X的质量．
17．鉴于核裂变产生的放射性废物的水平和毒性，核物理学家致力于核聚变发电以减少核污染。核聚变电站最有可能的燃料是两种同位素，被称作重形式的氢：氘和氚。核聚变是靠温度和压力的共同作用完成的，在地球实验室中完成可控核聚变需要1亿度。氘核和氚核聚变时的核反应方程：请回答下列问题：
（1）补充完成上述核反应方程；
（2）已知的比结合能是，的比结合能是，的比结合能是。一个氘核与氚核聚变过程释放出的能量为多少？
（3）设质子、中子的质量均为。在氘与氚两核达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力，该反应中两核克服库仑力做功为。若一个氘核与一个速度大小相等的氚核发生对撞，达到核力作用范围，不计周围粒子影响，反应前氘核速度至少多大？
参考答案
1．D
【详解】
A．此核反应为核裂变反应，故A错误；
B．核裂变和核聚变反应都存在质量亏损，故B错误；
C．因为比结合能越大原子核越稳定，所以核反应生成的新核的比结合能比轴核的大，故C错误；
D．根据核反应中质量数守恒，则有
235+1=A+144+3
解得
A=89
故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．由核聚变反应规律可知，在产生核聚变反应时，都有大量的能量释放，由质能方程可知，都有质量亏损，所以太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和不等于核反应后各原子核的质量之和，A错误；
B．U核裂变的核反应有多种形式，其中有一种典型的U核裂变的核反应方程是
B错误；
C．原子从低能级向高能级跃迁时，可能吸收光子，也可能是吸收实物粒子如自由电子使原子获得能量，不吸收光子也能实现，C正确；
D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量越小，因光子的能量与光的频率成正比，D错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．该方程是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程，找到了放射性的同位素30P，故A正确；
B．该方程是核裂变方程，但书写错误，不是核聚变方程，故B错误；
C．该方程是轻核聚变反应，故C错误；
D．该方程是卢瑟福发现质子的方程，故D错误。
故选A。
4．B
【详解】
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。
5．C
【详解】
A．核聚变反应方程中，反应前后质量数守恒，故氦核（He）和中子（）的质量数之和等于两个氘核（）的质量数之和，A错误；
B．由题意可知，核反应过程中的质量亏损为
B错误；
C．由题意可知，释放的核能为
C正确；
D．由核聚变反应方程可知，核反应过程中中子数没有发生变化，D错误。
故选C。
6．A
【详解】
命题透析 本题以核反应为背景，考查学生对核反应、比结合能、核能等相关概念的理解，考查学生的理解能力。
思路点拨 比结合能是原子的结合能与核子数之比，而结合能是核子结合成原子核时释放的能量，故核反应释放的核能应为，A项正确。
7．D
【详解】
根据电荷数守恒和质量数守恒可得X的质量数为
2+3-1=4
电荷数为
1+2-0=3
所以X的中子数为
4-3=1
故选D。
8．D
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒，方程为
知x的电荷数为0，质量数为1，则x是中子，A错误；
BC．核聚变反应能放出核能，反应前后质量出现亏损，BC错误；
D．该核反应释放能量，有质量亏损，生成物更稳定，则知的比结合能比的比结合能大，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
由核反应过程中，遵循质量数守恒和电荷数守恒可知属于中子（）的是X1、X3，而X2、X4属于质子（）。
故选D。
10．D
【详解】
AB．由于X是碳12，其电荷数为6，质量数为12，根据质量数、电荷数守恒可知，Y的质量数为1，电荷数为0，因此Y为中子，AB错误；
C．4.7MeV是核反应中释放的核能，不是结合能，选项C错误；
D．核反应中，平均每个核子释放的核能为
D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．该方程书写错误，电荷数两边不相等，故A错误；
B．该方程是人工转变方程，故B错误；
C．该方程是核聚变反应，故C正确；
D．该方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。
故选C。
12．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。
13．BD
【详解】
A．结合教材史料，应用物理规律。甲图片为伦琴发现X射线后，照射的伦琴夫人手的照片，与居里夫人无关，故A错误；
B．乙图片中反映的天然放射性现象是贝克勒尔最先发现的，故B正确；
C．丙图片的现象是法拉第研究电磁感应规律时的装置，与阴极射线及电子的发现无关，故C错误；
D．原子弹的能量来源于核能，与爱因斯坦的质能方程
ΔE＝Δmc2
有关，故D正确。
故选BD。
14．CD
【详解】
A．由爱因斯坦的质能方程
可知，裂变反应释放的核能为，故A错误；
B．光子来源于裂变反应释放的能量，与核外电子的能级跃迁无关，故B错误；
C．由公式
又
则光电子的德布罗意波长为
故C正确；
D．由于该反应是放出能量的，因此反应产物的比结合能增大，总结合能也增大，故D正确。
故选CD。
15．AC
【详解】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，故A正确，B错误；
CD．根据题图可知、、中，的比结合能最大，最稳定；的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，故C正确，D错误。
故选AC。
16．；圆周运动的周期为，环形电流大小为；．
【详解】
由题意画出α粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，由几何关系，由由几何知识得：α粒子的运动半径为：

R=atanθ=a
在磁场中，对α粒子：2eBv=m
∴
衰变过程中动量守恒：mv-Mu=0
则得剩余核的速率
衰变过程中释放的能量：
由爱因斯坦质能方程：
原子核X的质量为：MX=m+M+△m=（m+M）（1+）
点睛：本题是带电粒子在磁场中的圆周运动与原子核衰变的综合，要抓住衰变过程遵守动量守恒和能量守恒进行分析．磁场中要画出轨迹，运用几何知识和牛顿第二定律进行研究．
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为
（2）聚变过程释放出的能量
（3）设反应前氘核速度至少v，在氘与氚两核达到核力作用范围过程，根据能量守恒得
解得