5.4核裂变与核聚变 课后练习（word版含答案）

5.4核裂变与核聚变
一、选择题（共15题）
1．据悉我国第四代反应堆—钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次衰变转化成铀：铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是（　　）
A．钍核有90个中子，142个质子
B．铀核裂变的核反应方程为
C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定
D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增加
2．2020年5月12日消息，中国“人造太阳”取得重大突破，温度可达2亿度。人造太阳中的核反应方程:。下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程中的X是电子，核反应是核裂变反应
B．该核反应是核聚变反应，核聚变在高温高压下才能发生，此过程需要吸收能量
C．人造太阳释放的能量大小的计算公式是 E= mc2
D．核反应表明，原子核越重，比结合能越大
3．北京时间2020年12月1日23时11分，在经历了为期一周的地月转移、近月制动、环月飞行之旅后，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区。科学证明，氦3大量存在于月球表面月壤中，是未来的清洁能源，两个氦3聚变的核反应方程是，则X为（　　）
A．电子 B．质子 C．中子 D．氘核
4．下列核反应方程及其表述错误的是（ ）
A．是裂变反应 B．是衰变
C．是衰变 D．是重核裂变反应
5．以下有关近代物理内容的若干叙述中，正确的是
A．重核裂变为中等质量的核之后，核子的平均质量减小
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的总能量也减小
6．关于近代物理知识，下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应现象说明了光具有波粒二象性
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．铀核裂变的一种核反应方程为：
D．比结核能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
7．下列关于原子核的叙述中正确的是（　　）
A．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子
B．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢核反应速度，防止核反应过于剧烈
C．经重核裂变过程后核子的平均质量增大
D．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量
8．重核裂变的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋x。则（　　）
A．该核反应方程中x＝10
B．U的中子数为92
C．Xe的中子数等于Sr的中子数
D．该核反应中质量增加
9．2021年1月21日中广核集团在深圳召开2021年度媒体通报会，会议指出，2020年度中广核24台核电机组保持安全稳定运行，世界核运营者协会WANO指标中，72.6%的指标达到世界先进水平，平均能力因子连续三年保持92%以上其中宁德核电2号机组全部WANO指标达到卓越值。以下关于核能的有关说法正确的是（　　）
A．宁德核电2号机组的核能是利用轻核聚变
B．原子核比结合能越大原子核越稳定
C．重核裂变是重核分裂成中等大小的核，核的比结合能减小
D．重核裂变反应中亏损的质量变成了能量
10．2019年4月10日，人类史上首张黑洞照片发布，照片中是室女座巨椭圆星系M87的黑洞照片，这是黑洞存在最直接的视觉证据．黑洞最初是一个衰老的巨大恒星，它的质量要达到太阳的数十倍以上，恒星不断的发光发热，随着恒星中心的“燃料”不断消耗，恒星内部能量不足，无法支撑外壳重压，恒星内核开始塌缩．最终，所有物质缩成一个体积接近无限小的点，这便是奇点．奇点会形成强大引力场，吸收周围物质，就连光也会被吸进去，至此黑洞诞生．拍摄黑洞用的是事件视界望远镜，该望远镜收集到的不是我们日常的可见光，而是一种波长比光波更长的亚毫米波，亚毫米波本身是没有颜色的区别，科学家们实际上只能感受到强弱的不同．发布的图片中心黑暗区域正中为黑洞．周围环绕一个新月状光环，一侧亮一些，另一侧暗一些，是因为光环旋转，导致接收者接收到相位和频率变化造成的．根据以上信息下列说法正确是
A．恒星发光发热是恒星内部的核裂变造成的
B．环状新月型光环上下两侧不对称是多普勒效应造成的
C．黑洞的第一宇宙速度是光速
D．事件视界望远镜收集的亚毫米波比可见光的频率大
11．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核裂变反应
B．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，说明原子是有复杂结构的
C．卢瑟福发现了中子、查德威克发现了质子
D．一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
12．下列说法正确的是（　　）
A．核反应属于重核的裂变
B．质子、中子、粒子的质量分别是、、，质子和中子结合成一个粒子，释放的能量是
C．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
D．比结合能越大的原子核越不稳定
13．下列关于核反应及其应用，说法正确的是（　　）
A．是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
B．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：
C．居里夫妇通过实验首次发现了放射性磷元素：
D．是α衰变方程，也是太阳能量的来源
14．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．图甲：用紫外线灯照射锌板时，锌板将会带上负电荷，验电器指针张开
B．图乙：卢瑟福通过α粒子散射实验，发现了质子和中子
C．图丙：氢原子能级是分立的，原子发射光子的频率是不连续的
D．图丁：铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应
15．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，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）
A． 是核聚变反应
B．是β衰变
C．是核裂变反应
D．是α衰变
二、填空题
16．核反应堆中的燃料是________．用石墨、重水等作为________，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收．用镉棒来________，以控制反应的________，再用水等流体在反应堆内外循环流动，传输反应中产生的热量．
17．大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程是，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u， lu=931MeV/c 。由上述反应方程和数据可知，该反应中的质量亏损为_______u，释放出的能量为_______ MeV(结果保留2位有效数字)。
18．在下列描述核反应的过程中，属于α衰变的是___________ ，属于β衰变的是___________ ，属于裂变的是___________ ，属于聚变的是___________ 。（填正确答案标号）
A．
B．
C．
D．
E．
19．为了解决能源问题，我国在能源开发方面取得了巨大的成就，下列关于能源的说法中正确的是_____。
①通过太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能。
②风能很不稳定，风力发电的功率很小，风力无法实现并网发电。
③一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时会释放出能量，核电站就是利用可控裂变来发电的。
④核能是通过核反应释放的能量。因为核能的获得不燃烧煤炭、焦炭等燃料，不会排放二氧化碳，所以被人们认为是一种最清洁、无污染的能源。
⑤质量较小的原子核聚合在一起发生聚变时，也会释放出能量，核电站就是利用核聚变来发电的。
三、综合题
20．有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为，此反应中释放的核能为，已知光速为c。
(1)请确定聚变方程中Z、M的数值；
(2)求上述聚变反应中的质量亏损；
(3)轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，请你结合实际，说明它们的异同点。
21．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)
22．我国首艘攻击核潜艇，代号091型，西方称其为汉级攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为的热中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其它铀235.有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞。（可能用到的数据、、），试求：
（1）请写出核反应方程式；
（2）一个动能为的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能为多少；
（3）一个动能为的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次，才能减速成为慢中子？
23．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射。已知氘核质量为，氦核质量为，中子质量为，的质量相当于的能量则：
(1)写出核反应方程；
(2)求核反应中释放的核能；
(3)在两氘核以相等的动能进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．钍核有90个质子，个中子数，故A错误；
B．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B错误；
C．原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；
D．重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大，故D正确；
故选D。
2．C
【详解】
A．根据质量数、电荷数守恒可知，Ⅹ为中子，核反应是核聚变反应，A错误；
B．尽管核聚变在高温高压下才能发生，但聚变过程会放出能量，B错误；
C．由于核聚变过程放出能量，有质量亏损，释放的能量，C正确；
D．中等质量的原子核比结合能较大，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
设X的质量数为A，电荷数为Z，根据质量数守恒和核电荷数守恒可得
解得
故X为质子
故选B。
4．A
【详解】
A．轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，故A是聚变反应，A错误；
B．衰变放出氦原子核，故B是衰变，B正确；
C．衰变放出电子，故C是衰变，C正确；
D．重核裂变是粒子轰击原子核，产生中等核，故D是重核裂变反应，D正确。
故选A。
5．A
【详解】
无论是重核裂变还是轻核聚变，反应的过程中释放能量，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故A正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故B错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小．故C错误．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的总能量增大．故D错误．故选A.
6．D
【详解】
A．光电效应说明光具有粒子性，故A错误；
B．根据
，
可得德布罗意波长为
质子和电子的动能相同，但是质量不相同，故波长不相同，故B错误；
C．铀核裂变的核反应方程为
故C错误；
D．比结合能越大，说明把原子核拆分成单个核子需要的能量越多，故原子核越稳定，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子，故A错误；
B．核反应堆中的“慢化剂”是减慢中子速度，故B错误；
C．经重核裂变过程有质量亏损，所以裂变过程后核子的平均质量减小，故C错误；
D．重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，故D正确。
故选D。
8．A
【详解】
A．根据核反应过程中，质量数及电荷数守恒，可得
求得
故A正确；
B．U有92个质子，质量数为235，所以中子数为
个，故B错误；
C．Xe的中子数为
个，Sr的中子数为
个，显然不相等，故C错误；
D．该核反应是重核的裂变，质量会发生亏损，故D错误。
故选A。
9．B
【详解】
A．现在所有投入运营的核电站用的都是重核裂变，A错误；
B．原子核比结合能越大，核子结合的越牢固，原子核越稳定，B正确；
C．重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核的比结合能增大，C错误；
D．核裂变反应中释放核能有质量亏损，质量与能量之间存在一定的关系，但不是质量转变为能量，D错误。
故选B。
10．B
【详解】
A、恒星发光发热是恒星内部的核聚变造成的，故A错误；
B、光环旋转，光与接收者的距离在不断地发生变化，导致接收者接收到相位和频率与发出的光的相位和频率不同，这属于多普勒效应，故B正确；
C、星体的逃逸速度是逃脱该星体引力束缚的最低速度，逃逸速度也称为第二宇宙速度；在黑洞中，光速无法逃逸，所以将黑洞逃逸速度临界点是光速c，故光速是黑洞的第二宇宙速度；故C错误；
D、亚毫米波的波长比光波更长，根据可知，亚毫米波比可见光的频率小，故D错误．
11．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. 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，说明原子是有复杂结构的，故B正确；
C. 卢瑟福发现了质子，查德威克发现了中子，故C错误；
D. 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，说明入射频率小于极限频率，则该束光的波长太长，故D错误．
故选：B
12．A
【详解】
A．核反应
属于重核的裂变，A正确；
B．根据爱因斯坦质能方程知，质子和中子结合成粒子，核反应方程为
释放的能量是
B错误；
C．卢瑟福粒子散射实验说明原子内部存在原子核，提出了原子核式结构模型，C错误；
D．比结合能的大小反应原子核稳定的程度，比结合能越大则原子核越稳定，D错误。
故选A。
13．BC
【详解】
A．是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，氢弹的发生的核反应为聚变，故A错误；
B．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：，故B正确；
C．居里夫妇通过实验首次发现了放射性磷元素，故C正确；
D．是聚变反应核方程，也是太阳能量的来源，故D错误。
故选BC。
14．CD
【详解】
A．图甲：用紫外线灯照射锌板时，发生光电效应现象，锌板带正电，选项A错误；
B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，没有发现质子和中子，选项B错误；
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，选项C正确；
D．图丁：用中子轰击铀核使其发生裂变，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，选项D正确。
故选CD。
15．AC
【详解】
A．核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，A反应是氢原子核聚变为氦原子核，故A正确；
B．β衰变放出的是电子，而B反应里放出的是中子，故B错误；
CD．核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故CD都是裂变反应，故C正确，D错误。
故选AC。
16． 铀 慢化剂 吸收中子 速度
【详解】
核反应堆中的燃料是铀，用石墨、重水作为慢化剂，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收．用镉棒来吸收中子，以控制反应速度．
故答案为铀，慢化剂，吸收中子，速度．
17． 0.0035 3.3
【详解】
“人造太阳”核聚变反应方程是，反应的质量亏损
该反应中释放的能量
18． B A D E
【详解】
属于α衰变的是： ，所以选B。
属于β衰变的是： ，所以选A。
属于裂变的是：，所以选D。
属于聚变的是：，所以选E。
19．①③
【详解】
①通过太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能，该选项正确。
②风能虽然不稳定，通过风力发电机仍可产生较大功率的电能，风力可以实现并网发电，该说法错误。
③一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时会释放出能量，核电站就是利用可控裂变来发电的，该说法正确。
④核能是通过核反应释放的能量。核能的获得不燃烧煤炭、焦炭等燃料，不会排放二氧化碳，但是核能废料也会造成环境污染，该说法错误。
⑤目前核电站都是利用核裂变来发电的，该说法错误。
故只有①③正确。
20．(1)，；(2)；(3)见解析
【详解】
(1)核反应方程满足质量数守恒和质子数守恒，则
解得
，
(2)根据质能方程可知
(3)异同点如下表格
21．(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
22．（1）；（2）；（3）54
【详解】
（1）由质量数守恒和电荷数守恒得出核反应方程式为
（2） 设中子和碳核的质量分别为和，碰撞前中子的速度为，碰撞后中子和碳核的速度分别为和，因为碰撞是弹性碰撞，所以在碰撞前后，动量和机械能均守恒，又因、和沿同一直线，故有
联立解得
因，代入上式得
所以
（3）由上式得一次碰撞后
那么经过2、3、4…次碰撞后，中子的能量依次为、……，则
，
所以
联立解得
23．(1)；(2)；(3)，
【详解】
(1)核反应方程为
(2)核反应过程中质量减少了
释放的核能为
(3)设和的动量分别为p1和p2，根据动量守恒定律得
可得p1和p2大小相等，方向相反。根据
联立得
又
故有
由能量守恒定律得
代入数据解得
答案第1页，共2页