7.4裂变与聚变课后练习-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
一、选择题（共15题）
1．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
2．下列说法中正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D．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，原子总能量增加
3．一个碳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
4．关于近代物理初步，下列说法正确的是（　　）
A．裂变比聚变更难控制
B．卢瑟福发现中子的核反应方程为
C．居里夫妇发现了放射性同位素，同时发现了电子
D．伽马粒子穿透能力强，不容易发现干涉和衍射现象
5．下列说法正确的是（　　）
A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2
C．核反应方程中的x为中子
D．聚变反应中粒子的比结合能变小
6．2019年浙江工业大学邀请了时任052C驱逐舰舰长张旭东大校演讲，据他披露：大连造船厂已完成了首艘核动力航母（004）的设计方案的定型工作，请你根据所学的物理知识猜想004号核动力航母中核反应方程式是（　　）
A． B．
C． D．
7．原子核物理学是20世纪新建立的一个物理学分支，它主要研究原子核的结构和变化规律，射线束的产生、探测和分析技术，以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下列说法正确的是（　　）
A．降低温度，放射性元素的半衰期减小
B．大量氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
D．核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核，并吸收大量核能
8．根据所学的物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．在核反应方程中，X是质子
B．衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
C．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和4次衰变
D．是重核裂变
9．2019年上映的美国科幻大片《星际探索》讲述的是：地球上接连出现神秘怪象，科学家发现某种失控的反物质反应正在威胁整个太阳系，人类生存极度堪忧……据科学家论证，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”，其中“核燃烧”的核反应方程为γ，方程中表示某种粒子，是不稳定的粒子，其半衰期为，则下列说法不正确的是
A．粒子是
B．若使的温度降低，其半衰期不会减小
C．经过，一定质量的占开始时的
D．“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应
10．2019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．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子
B．核反应方程属于裂变，是核潜艇的动力原理
C．核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理
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
11．运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m，α粒子的动能为E，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是（　　）
A． B．E
C．E D．E
12．重核裂变的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋xn，已知U、Xe、Sr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则（　　）
A．该核反应中质量增加
B．U的中子数为92
C．该核反应方程中x=10
D．U的比结合能比Xe小，U比Xe更稳定
13．下列说法正确的是（　　）
A．阴极射线和β射线的本质都是电子流，在原子内的来源是相同的
B．太阳辐射的能量主要来源于太阳中的裂变反应
C．γ射线的穿透能力比α射线强
D．红外线的波长比X射线的波长长
14．下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是（　　）
A．U＋n→Ba＋Kr＋10n
B．Pu→U＋He
C．Cs→Ba＋e
D．I→Xe＋e
15．下列说法正确的是
A．光子像其它粒子一样，不但具有能量，也具有动量
B．玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
二、填空题
16．太阳是一颗自己能发光发热的气体星球，它的能量来自于__________反应．行星在太阳的引力作用下，几乎在同一平面内绕太阳公转，距离太阳越近的行星，公转周期大小越_______________．
17．完成下列核反应方程，并指出核反应的类型：
_____，是____变。
_____，是______变。
_____，是______变。
_____，是______变。
18．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子轰击静止的Li，生成两个，Li和的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c，则释放的核能为________________，质子的质量为__________________。
19．国家重大科技基础设施“中国散裂中子源”是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。应用该装置进行的某次核反应，其核反应方程式为：________。已知的质量为2.0136 u，的质量为3.0180 u，的质量为4.0026u，X的质量为1.0087 u，该反应释放能量为________MeV。（质量亏损释放1 u的能量约931.5 MeV；结果保留三位有效数字）
三、综合题
20．通过查找资料、观看科普录像，了解核能开发的社会效益及所带来的安全利用核能等问题。
21．已知中子质量，质子质量，氘核质量，试计算一个中子和一个质子结合成氘核时释放的能量。
22．在用铀235作燃料的核反应堆中，铀235核吸收一个慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和快中子，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．有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，让铀核裂变所产生的快中子通过和碳核不断碰撞而被减速．假设中子与碳核的碰撞是完全弹性碰撞，并在碰撞前碳核是静止的，碰撞后中子和碳核的速度都跟碰撞前中子的速度沿同一直线．已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的能量为E0．
(1)若裂变方程为，则x值为多少？
若反应过程中放出的能量为△E，则反应前后的质量差△m为多少？
(2)经过一次碰撞后，中子的能量为多少？
(3)若经过n次碰撞后，一个动能为E0的快中子能减速成为能量为En的慢中子，请写出En与E0和n的关系式．
23．太阳不断向外辐射能量，按照爱因斯坦的质能方程，太阳的质量在不断减小，请据此估算太阳每秒质量的减少量。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
2．D
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故A错误；
B．天然放射现象的发现，说明了原子核内部有复杂结构，不能揭示原子核是由质子和中子组成的，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与温度无关，故C错误；
D．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，原子总能量增大，故D正确。
故选D。
3．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。
4．D
【详解】
A．裂变比聚变更容易控制，故A错误；
B．卢瑟福预言了中子的存在，卢瑟福的学生查德威克发现中子的核反应方程为，故B错误；
C．电子是在1897年由剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森在研究阴极射线时发现的，故C错误；
D．伽马粒子穿透能力强，频率非常高，粒子性比较显著，不容易发现干涉和衍射现象，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子形成的电子流，选项A错误；
B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少4，选项B错误；
C．核反应方程中的x质量数为1，电荷数为0，为中子，选项C正确；
D．聚变反应中放出核能，粒子的比结合能变大，选项D错误。
故选C。
6．C
【详解】
核动力航母是利用铀235的裂变释放的核能，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【详解】
A．放射性元素的半衰期与温度等化学与物理变化无关，只由原子核本身性质决定，所以A错误；
B．大量氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子，所以B正确；
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，所以C错误；
D．核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核，并释放大量核能，所以D错误；
故选B。
8．A
【详解】
A．设X的质量数和电荷数分别为A、Z，根据质量数守恒和电荷数守恒得
所以X是质子，故A正确；
B．衰变的本质是原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子，故B错误；
C．设铀核衰变为铅核的过程中，要经过x次衰变和y次衰变，则
解得
故C错误；
D．是衰变，故D错误。
故选A。
9．C
【详解】
A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，粒子的质量数为4，电荷数为2，为，选项A正确，不符合题意；
B．温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B正确，不符合题意；
C．经过，一定质量的占开始时的，选项C错误，符合题意；
D．“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D正确，不符合题意。
故选C。
10．C
【详解】
A．衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，故A错误；
B．质量数较小的核转化为质量数较大的核，属于轻核聚变，故B错误；
C．质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；
D．核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
核反应中动量守恒，有
mvα=MvX
α粒子的动能为
根据能量守恒得
由爱因斯坦质能方程得
联立解得
故选B。
12．C
【详解】
A．由于重核裂变释放能量，由质能定理可知该反正有质量的亏损，故该反应质量减少，故A错误；
B．U的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，故B错误；
C．根据质量数和电荷数守恒可知
x=10
故C正确；
D．U的结合能比Xe大，但比结合能小，体现中核比重核更稳定，故D错误；
故选B。
13．CD
【详解】
A．阴极射线和β射线的本质都是电子流，但是阴极射线的来源是原子核外的电子，而β射线的来源是原子核内的中子转化为质子时产生的电子，故A错误；
B．太阳辐射的能量主要来源于太阳中的聚变反应，故B错误；
C．γ射线的穿透能力比α射线强，故C正确；
D．红外线的波长比X射线的波长长，故D正确。
故选CD。
14．BCD
【详解】
A．核反应前后质量数守恒，而方程式U＋n→Ba＋Kr＋10n的质量数不守恒，A错误；
BCD．核辐射是放出α、β、γ三种射线，Pu→U＋He为α衰变，放出α射线，Cs→Ba＋e、I→Xe＋e为β衰变，放出β射线，BCD正确。
故选BCD。
15．AB
【详解】
试题分析：光子像其它粒子一样，不但具有能量，也具有动量，选项A正确；玻尔认为，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态下，电子的轨道也是取一系列值，即原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，选项B正确；放射性元素的半衰期与外界条件无关，只由内部因素决定，选项C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，选项D错误；故选AB.
16． 热核（或核反应） 小
【详解】
太阳能源来自于它直径不到50万千米的核心部分，其核心的温度高达1,500万度，压力极大，有2,500亿个大气压，在这样高温、高压条件下，产生核聚变反应，每4个氢原子核结合成一个氦原子核；在这个核聚变过程中，太阳要损耗一些质量而释放出大量的能.
八大行星绕太阳做匀速圆周运动或椭圆运动，由开普勒第三定律，则距离太阳越近的行星，半径越小，公转周期的大小越小.
17． 聚 衰 人工转 裂
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，反应物为，属于聚变反应；
方程生成物的质量数是0，电荷数是-1，是电子，是β衰变；
方程反应物的质量数是
24+1-23=2
电荷数是
11+1-11=1
所以是氘核，该反应是人工转变；
方程是重核的裂变，生成物的质量数是
电荷数是
92+0-56=36
所以是，该反应是重核的裂变。
18．
【详解】
依题意，可写出该核反应方程为
则释放的核能
根据爱因斯坦质能方程可得
解得
19． 18.9
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，该核反应方程为
该反应释放能量为
20．核能开发的社会效益有可以优化能源结构、保障能源安全、减少环境污染、符合世界能源利用的趋势；其问题在于核能技术及安全要求高。
21．
【详解】
中子和质子结合成氘核的核反应方程为
核反应中的质量亏损
所以，释放的核能
22．（1）x=3，（2）（3）
【详解】
(1)裂变方程为，据质量数守恒得：
若反应过程中放出的能量为△E，则反应前后的质量差
(2) 设中子的质量为m，碳核的质量为12m，中子与碳核碰撞过程中动量守恒和机械能守恒，则 、
解得： 、
由于，
所以
(3)第1次碰撞后，
第2次碰撞后，
……
第n次碰撞后，
23．
【详解】
以水为研究对象，设横截面积的圆筒内装有质量的水，若被太阳光垂直照射2 min，测得水的温度升高了1℃。由此可得，水吸收的热量为
在阳光直射下，地球表面每平方米每秒获得的能量为
由于大气层会吸收55%的太阳能，则每平方米每秒射到大气层的太阳能为
太阳辐射的能量均匀分布在以太阳为球心、日地距离为半径的球面上，查资料可知日地距离为
则太阳每秒辐射的总能量
根据
太阳每秒减少的质量
这个数量级看上去非常巨大，但与太阳质量的数量级相比，是微不足道的。