5.4核裂变与核聚变 同步训练（word版含答案）

5.4核裂变与核聚变
一、选择题（共15题）
1．现代考古采用生物体残骸中放射性同位素碳14的量来测量生物的年代。形成碳14及碳14衰变的反应方程分别为 .上述反应中（　　）
A．a为质子 B．a为电子 C．b为质子 D．b为中子
2．关于原子核，下列说法正确的是（　　）
A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B．镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说100个镭226核经过1620年的一定还剩下50个镭226没有发生衰变
C． 是核裂变
D．在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的
3．我国月球车安装有 核电池，其核过程方程为 ，下列说法正确的是（　　）
A．该过程属于核裂变
B．α射线能穿透几厘米厚的铅板
C．温度升高， 的半衰期变小
D． 的平均结合能比 的平均结合能大
4．科学家发现在月球上含有丰富的 （氦3）．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为 ．关于 聚变下列表述正确的是（　　）
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用 聚变反应发电
5．下列有关核反应的说法中，正确的是（　　）
A．核反应方程 是 衰变
B． 是核聚变，该核反应过程吸收能量
C．核反应方程 是核裂变
D．发生 衰变的实质是质子向中子转变
6．首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是 ，已知mLi＝7.016 0 u，mH＝1.007 8 u，mHe＝4.002 6 u，则该核反应方程中的k值和质量亏损分别是(　　)
A．1和4.021 2 u B．1和2.005 6 u
C．2和0.018 6 u D．2和1.997 0 u
7．有一种典型的铀核裂变，生成钡和氪，同时放出3个中子，其核反应方程可表示为， 已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是
A．核反应方程中，X粒子是正电子
B．核反应方程中，X粒子是质子
C． 、 和 相比， 核的比结合能最大，所以最稳定
D．裂变产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能
8．地面土壤中含有的氡222具有放射性，衰变方程为 。下列说法正确的是（　　）
A．X是 粒子
B．X是 粒子
C．温度变化，可以改变氡222的半衰期
D．施加压力，可以改变氡222的半衰期
9．下列说法正确的是（　　）
A．英国物理学家查德威克发现了中子,质子和中子统称为核子
B．α粒子轰击氮原子核的核反应方程式为：
C．两个轻核结合成较重的单个原子核时要吸收能量
D．只要入射光的强度足够大就能使被入射的金属表面逸出光电子
10．国家大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．已知 的质量为2. 0136u， 的质量为3. 0150u， 的质量为1. 0073u， 的质量为1. 0087u，1u=931. 5MeV/c2，下列说法中正确的是（　　）
A．两个氘核聚变成一个 核的同时，产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个 核的同时，产生的另一个粒子是正电子
C．该核反应过程中释放出的能量为3. 3MeV
D．该核反应过程中释放出的能量为0. 93MeV
11．国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事。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 ，方程中X表示某种粒子， 是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是（　　）
A．X粒子是
B．若使 的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的 占开始时的
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
12．氘核和氚核聚变的核反应方程为 ，已知 的比结合能是2.78MeV， 的比结合能是1.09MeV， 的比结合能是7.03MeV，则（　　）
A．该核反应释放17.6MeV能量 B．该核反应释放3.16MeV能量
C．该核反应吸收176MeV能量 D．该核反应吸收3.16 MeV能量
13．下列说法错误的是（　　）
A．实物粒子不可能表现出波动性
B．通过 粒子散射实验可以估计原子核半径的数量级是
C．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍
14．太阳每年辐射到地球上的能量相当于燃烧1813亿吨标准煤所放出的能量，是全世界年需能量总和的5000倍，是地球上最大的能源．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是： 。若已知 的质量为m1， 的质量为m2， 的质量为m3， 的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　）
A． 是中子
B． 和 是两种不同元素的原子核
C． 和 在常温下就能够发生聚变
D．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
15．静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y．已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R．则（　　）
A．衰变方程可表示为
B．核Y的结合能为（mx-my-mα）c2
C．核Y在磁场中运动的半径为
D．核Y的动能为
二、填空题
16． 质子数为　 　，中子数为　 　．
17．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：
＋ → ＋X，式中X是某种粒子。已知： 、 、 和粒子X的质量分别为m1＝2．0141u、m2＝3．0161u、m3＝4．0026u和m4＝1．0087u；1u相当于931．5MeV的能量。由上述反应方程和数据可知，粒子X是　 　；该反应的质量亏损为　 　（用m1、m2、m3、m4表示）；该反应释放出的能量为　 　MeV（结果保留3位有效数字）。
18．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 是常用的核燃料， 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，并产生　 　个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要　 　（选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
19．放射性元素 衰变为 ，此衰变过程的核反应方程是　 　；用此衰变过程中发出的射线轰击 ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是　 　．
三、综合题
20．一个静止的铀核（ U）要放出一个α粒子变成钍核（ Th），已知α粒子动能为Ek1，且在核反应中释放的能量全部转化为两个粒子的动能．（已知真空中的光速为c），求：
①钍核的动能
②该核反应中的质量亏损．
21．2个质子和1个中子结合成氦3( )反应方程式为： .已知每个质子质量为1.007277u，中子质量为1.008665u，氦核的质量为3.002315u，求 的结合能．(已知1u＝1.6606×10－27kg)
22．静止的锂核 Li俘获一个速度为8×106 m/s的中子，发生核反应后产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核 He，它的速度大小是3.5×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，试写出核反应方程，并求反应后产生的另一个粒子的速度大小．
23．2015年，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利70周年。1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104t TNT爆炸的能量(约8.4×1013J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程 ＋ → ＋ ＋3 ＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
答案部分
1．A
【解答】AB．根据电荷数守恒、质量数守恒，原子核a的质量数为14+1-14=1，电荷数为7+0-6=1，所以原子核a为质子，A符合题意，B不符合题意；
CD．原子核b的质量数为14-14=0，电荷数为6-7=-1，所以原子核b为电子，CD不符合题意。
故答案为：A。
2．D
【解答】原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，A不符合题意；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，B不符合题意；核反应 是β衰变方程，C不符合题意；在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，D符合题意.
故答案为：D
3．D
【解答】A． 释放了 ，属于 衰变，A不符合题意；
B． 射线的电离能力强，穿透能力弱， 射线不能穿透几厘米厚的铅板，B不符合题意；
C．放射性元素原子核的半衰期只与原子核本身的性质有关，与物理和化学状态无关，C不符合题意；
D． 的质量数小于 的质量数， 的平均结合能比 的平均结合能大，D符合题意。
故答案为：D。
4．B
【解答】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应．因此B符合题意．
故答案为：B
5．C
【解答】A．核反应方程
是原子核的人工转变，A不符合题意；
B．核反应方程
是核聚变，该核反应过程释放能量，B不符合题意；
C．核反应方程
是核裂变且释放能量，C符合题意；
D．发生 衰变的实质是原子核内两个质子和两个中子结合成为一个 粒子被释放出来的过程，D不符合题意。
故答案为：C。
6．C
【解答】根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得：7＋1＝4k；3＋1＝2k，可得k＝2；m前＝mLi＋mH＝7.016 0 u＋1.007 8 u＝8.023 8 u，反应后的总质量m后＝2mHe＝2×4.002 6 u＝8.005 2 u，反应前后质量亏损为Δm＝m前－m后＝8.023 8 u－8.005 2 u＝0.018 6 u；
故答案为：C
7．D
【解答】AB．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，AB不符合题意。
C．由图可知，在Fe26附近原子核的比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小， 、 和 相比， 核的比结合能最大，所以最稳定，C不符合题意；
D．因裂变放出能量，则裂变产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能，D符合题意。
故答案为：D。
8．B
【解答】AB．根据电荷数守恒和质量数守恒可得，X的电荷数为
质量数为
故X是 粒子，A不符合题意,B符合题意；
CD．半衰期是一种统计规律，半衰期的大小由原子核内部因素决定，与温度和压力大小没有关系，CD不符合题意。
故答案为：B。
9．A
【解答】英国物理学家查德威克发现了中子，质子和中子统称为核子，A符合题意； α粒子轰击氮原子核的核反应方程式为： ，B不符合题意；两个轻核结合成较重的单个原子核时要放出能量，C不符合题意；只要入射光的频率足够大就能使被入射的金属表面逸出光电子，从而发生光电效应，D不符合题意；
故答案为：A.
10．C
【解答】AB．因氘核聚变的核反应方程为：
两个氘核聚变成一个 核的同时，产生的另一个粒子是中子，AB不符合题意；
CD．核反应过程中的质量亏损为△m=2mH-（mHe+mn）=0.0035u
释放的核能为△E=△mc2=0.0035uc2=3.3MeV
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C
11．A
【解答】根据质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为 ，A符合题意；温度不能改变放射性元素的半衰期，B不符合题意；经过2T，一定质量的 占开始时的 ，C不符合题意；“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，D不符合题意；
故答案为：A.
12．A
【解答】解：聚变反应前的总结合能为：E1＝（1.09×2+2.78×3）MeV＝10.52MeV，反应后生成物的结合能为：E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV，故反应谢出的核能为：△E＝E2﹣E1＝17.6MeV，A符合题意BCD不符合题意。
故答案为：A。
13．A,B
【解答】A. 任何一个运动着的物体，小到电子、质子大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。所以，运动的实物粒子也会表现出波动性，A错误，符合题意；
B. 通过 粒子散射实验可以估计原子核半径的数量级是 ，B错误，符合题意；
C. 根据分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核的结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子时所需的最小能量，C正确，不符合题意；
D. 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，即黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍，D正确，不符合题意。
故答案为：AB。
14．A,D
【解答】AB． 是中子， 和 是同种元素H的同位素，A符合题意，B不符合题意；
C． 和 必须在高温下才能发生聚变，C不符合题意；
D．反应释放的核能为ΔE＝ c2
D符合题意。
故答案为：AD。
15．A,C
【解答】A．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程可表示为 ，A符合题意；
B．此反应中放出的总能量为： E=（mx-my-mα）c2，可知核Y的结合能不等于（mx-my-mα）c2，B不符合题意；
C．根据半径公式 ，又mv=P（动量），则得 ，在衰变过程遵守动量守恒，根据动量守恒定律得：0=PY-Pα，则PY=Pα， 得半径之比为 ，则核Y在磁场中运动的半径为 ，C符合题意；
D．两核的动能之比： ，因 ，解得 ，D不符合题意．
故答案为：AC
16．；
【解答】 的质量数为209，核电荷为82，质子数等于核电荷数，故质子数为82，中子数为（209-82）=127个
17． （或中子）；m1＋m2－m3－m4；17．6
【解答】核反应方程 ＋ → ＋ ；质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4；释放的核能ΔE＝Δmc2＝17．6MeV
18．3；大于
【解答】 受一个中子轰击后裂变成 和 两部分，根据电荷数和质量数守恒有： ， ，解得 ，所以中子个数为3；链式反应的条件：裂变物质体积大于临界体积，链式反应才能进行。
19．；
【解答】根据质量数和电荷数守恒，放射性元素 衰变为 ，核反应方程为： 粒子（即 ）轰击 ，根据质量数和电荷数守恒，得：
20．解：①衰变过程系统动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向， 根据动量守恒定律得：PHe﹣PTh＝0， α粒子的质量数为4，钍核的质量数为234，则：mv＝ mv′， 解得钍核的速度大小：v′＝ v； 又： ＝ ＝ 所以：EkT＝ ②根据动能表达式，则释放的总能量：E＝Ek1+ ， 解得：E＝ 由质能方程知释放总能量为：E＝△mc2， 解得：△m＝ 答：①钍核的动能为 ； ②该核反应中的质量亏损为
21．解:求出反应过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程即可求解．粒子结合前后的质量亏损Δm＝2mH＋mn－mα＝0.020904u
由质能方程ΔE＝Δmc2＝0.020904×1.6606×10－27×(3.00×108)2J＝3.1242×10－12 J.
22．解：核反应方程为：
根据动量守恒定律得：mnv1=mHev2+mHv3
得： ，方向与原来中子的方向相反．
23．解：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201MeV的能量，1mol铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201MeV＝1.936×1013J，
1 mol铀核的质量为0.235kg，则原子弹中铀核的质量为m＝ ×0.235kg＝ ×0.235kg＝1.02kg。