7.4裂变与聚变同步训练（Word版含答案）

7.4裂变与聚变
一、选择题（共15题）
1．下列表述正确的是（　　）
A．HeNO+X， X表示He
B．HHHen是重核裂变的核反应方程
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关
D．β衰变中放出的β射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
2．下列关于近代物理内容的叙述中正确的是（　　）
A．质子和中子结合成原子核时没有质量亏损，但一定释放能量
B．衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和电子
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照射时间短
D．铀核裂变的一种核反应方程为
3．关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是
A．甲图中，若两球质量相等且球m2静止，两球发生正碰后，球m2的速度一定为v
B．乙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
C．丙图中，普朗克通过研究黑体辐射提出能量子概念，并成功解释了光电效应现象
D．丁图中，链式反应属于重核的裂变
4．以下说法正确的是（　　）
A．核力是一种存在于原子核内的强相互吸引力，是短程力，与电荷无关
B．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．核反应方程属于裂变反应，需要满足超高温条件
D．钍经、衰变生成氡，其中经过了3次衰变和2次衰变
5．有关核反应方程，下列说法正确的是（　　）
A． 属于α衰变
B． 是β衰变
C．核反应方程中的y＝206，X的中子个数为128
D．铀核裂变的核反应为
6．现有三个核反应：
①　②　③
下列说法正确的是（　　）
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
7．用质子轰击锂核（）生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子的初动能是0.6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u。已知1u相当于931.5MeV的能量，则下列叙述正确的是（　　）
A．此反应过程质量减少0.0103u
B．若生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV，与质能方程相符
C．若核反应中释放的能量是18.9MeV，与质能方程不相符
D．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV与质能方程相符
8．以下物理过程中原子核发生变化而产生新核的有( )
A．光电效应现象
B．卢瑟福的α粒子散射实验
C．X射线的产生过程
D．太阳内部发生的剧烈反应
9．下列说法正确的是( )
A．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
B．比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．核力是短程力，其表现一定为吸引力
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，由2个质子和2个中子结合成一个粒子，释放的能量是
10．下列有关近现代物理学的说法正确的是（　　）
A．铀核裂变的核反应方程为
B．卢瑟福的光电效应实验表明光子具有能量，康普顿效应表明光子具有动量
C．按照玻尔理论，氢原子的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，势能增大，但氢原子的能量减小
D．德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
11．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：
B．铀核裂变的核反应方程是：
C．汤姆孙首先提出了原子核结构学说
D．在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越牢固
12．关于下列核反应说法正确的是（　　）
A．，此反应放出能量，所以结合能降低
B．，此反应是核聚变，X是质子
C．，此反应是核裂变，质量亏损，放出能量
D．，此反应是α衰变，4个原子核经过两个半衰期后还剩一个原子核
13．关于下列四幅图的说法，正确的是（　　）
A．甲图为核反应堆示意图，它是利用了铀核聚变反应释放能量的
B．乙图为粒子散射实验示意图，卢瑟福据此实验估算出原子核半径的数量级
C．丙图为放射源放出的三种射线在磁场中的运动轨迹，射线2的穿透本领最强，射线3为射线
D．丁图中太阳光谱中的暗线是当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素吸收自身特征谱线的光而形成的
14．下列说法正确的是________．
A．太阳辐射的能量来自太阳内部聚变时释放的核能，不断的核聚变，使太阳的质量不断减小
B．原子核发生α衰变后，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
C．若使放射性物质的温度升高，压强增大，其半衰期可能变短
D．已知氢原子的基态能量为E1＝－13．6eV，一个处于基态的氢原子吸收了一个14eV的光子后会被电离
E．已知氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的，其中有两条紫色的、一条红色的、一条蓝色的．则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时，产生的是紫色光
15．下列说法正确的是( )
A．157N+11H→126C+42He是α衰变方程
B．11H+21H→32He+γ是核聚变反应方程
C．23892U→23490Th+42He是核裂变反应方程
D．42He+2713Al→3015P+10n是原子核的人工转变方程
二、填空题
16．核裂变和核聚变的过程中能够放出巨大核能。核裂变中经常使用的具有天然放射性，若经过7次α衰变和m次β衰变，变成，则m＝_________。核聚变中，最常见的反应就是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核。已知氘核的比结合能是1.09 MeV，氚核的比结合能是2.78 MeV，氦核的比结合能是7.03 MeV，则氢核聚变的方程是_____________，一次氢核聚变释放出的能量是_________MeV。
17．太阳内部核反应的主要模式之一是质子﹣质子循环，循环的结果可表示为→+______（请将反应方程补充完整），已知和的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为______MeV。（结果保留到个位数）
18．氢弹的工作原理是利用氢核聚变放出巨大能量．在某次聚变中，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核．已知氘核的比结合能是1．09 MeV；氚核的比结合能是2．78 MeV；氦核的比结合能是7．03 MeV．则氢核聚变的方程是________；一次氢核聚变释放出的能量是________MeV．（保留三位有效数字）
19．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个储满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核变为一个氩核，核反应方程式为。已知核的质量为36.95658u，核的质量为36.95691u，的质量为0.00055u，1u质量对应的能量为931.5MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为_____MeV（结果保留两位有效数字）。
三、综合题
20．一个原来静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×104m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s，方向与中子的运动方向相反．计算结果保留两位有效数字．
(1)试写出核反应方程；
(2)求出氦核的速度大小；
(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，写出该核反应方程，并求这个核反应释放出的能量．(已知氘核质量为mD＝2.014102u，氚核质量为mT＝3.016050u，氦核质量mHe＝4.002603u，中子质量mn＝1.008665u，1u＝1.6606×10－27kg)
21．已知铀235的质量为235.043 9 u,钡141的质量为140.913 9 u,氪92 的质量为91.897 3 u,每个中子质量为1.0087 u,1 kg铀235发生的铀核裂变所放出的能量相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量 (1 kg优质煤完全燃烧时能产生 2.9×107 J的热量)
22．一静止的原子核发生衰变后变成原子核Y，且知X、Y和a粒子的质量分别是M、m1和m2和真空中的光速为c。
（1）请写出该核反应的方程式；
（2）求所得粒子的速度(设核反应所释放的核能全部转化为系统的动能）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1，质量数为1，则X为质子，故A错误．
B．是轻核聚变的核反应方程，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关，故C正确．
D．衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．质子和中子结合成原子核时有质量亏损，会释放能量，故A错误；
B．衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和电子，故B正确；
C．产生光电效应的条件是，与光照时间无关，故C错误；
D．铀核裂变的核反应方程为
中子是产生链式反应的条件，不能同时约去，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】
若两球质量相等且球m2静止，只有两球发生完全弹性碰撞的条件下，球m2的速度才为v，故A错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出来原子的核式结构，故B错误；普朗克通过研究黑体辐射提出能量子概念，爱因斯坦提出来光子说，成功解释了光电效应现象，故C错误；该图为链式反应属于重核的裂变，故D正确．所以D正确，ABC错误．
4．D
【详解】
A．核力是一种存在于原子核内的强相互作用，是短程力，在大于时表现为吸引力，在小于时表现为排斥力，核力与电荷无关，故A错误；
B．比（平均）结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．该重核裂变条件一是高纯度铀，二是体积大于临界体积，不需要满足超高温条件，故C错误；
D．钍衰变成氡，质量数减少12，电荷数减少4，因为经过1次衰变，电荷数减少2，质量数减少4，经过1次衰变，电荷数增加1，质量数不变，可知经过3次衰变、2次衰变，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．属于α衰变，故A正确；
B． 是原子核的人工转变，故B错误；
C．核反应方程中根据质量数守恒
y＝210-4=206
X的中子个数为206-82=124，故C错误；
D．铀核裂变的核反应为，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
①具有放射性的物质的原子核不稳定，有时它的一个中子能够转化为一个质子同时释放出一个高速电子，原子核转变成一个新的原子核即发生β衰变。故①是β衰变；
②核裂变是质量较大的原子核分裂成两个质量差别不是太大的中等质量的原子核的现象，故②是裂变；
③核聚变是指两个较轻的原子核结合成一个质量较大的原子核，同时释放出大量能量的现象，故③是核聚变。
故选C。
7．D
【详解】
A．根据题意可知，该核反应的核反应方程式为
核反应前后的质量亏损为
故A错误；
C．根据质能方程可得释放的能量为
故C错误；
BD．由反应过程中能量守恒知反应后两个α粒子的总动能
Ek=(18.9+0.6)MeV=19.5MeV
故B错误，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
光电效应现象是从金属表面逸出电子；α粒子散射实验是利用α粒子轰击金箔观察粒子的径迹；X射线是原子的内层电子受激发产生；太阳内部发生的是轻核的聚变反应。
故选D。
9．B
【详解】
A．α粒子散射实验的结果使卢瑟福根据它提出了原子的核式结构模型，故A错误；
B．比结合能是衡量原子核结构是否牢固的指标，它越大原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定；故B正确；
C．核力是短程力，其作用的范围是，其表现既有吸引力也有排斥力，故C错误；
D．2个质子和2个中子结合成1个α粒子，根据质能方程知：
故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．铀核裂变的核反应方程为，故A错误；
B．光电效应实验表明光子具有能量，康普顿效应表明光子具有动量，光电效应实验不是卢瑟福的，故B错误；
C．按照玻尔理论，氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，吸收能量，电子的动能减小，势能增大，氢原子的能量增大，故C错误；
D．德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故D正确；
故选D。
11．A
【详解】
A：卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：，故A正确
B：铀核裂变的核反应方程是：，故B错误
C：卢瑟福首先提出了原子核式结构学说，故C错误
D：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．
在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越牢固．故D错
点睛：铀核的裂变是指铀核俘获一个中子以后发生的核反应．
12．C
【详解】
A．是核聚变，此反应放出能量，所以结合能变大，故A错误；
B．此反应是原子核的人工转化，X是质子，故B错误；
C．此反应是核裂变，质量亏损，放出能量，故C正确；
D．此反应是α衰变，半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的放射性原子没有意义，故D错误。
故选C。
13．BCD
【详解】
A．甲图为核反应堆示意图，它是利用了铀核裂变反应释放能量的。故A错误；
B．乙图为粒子散射实验示意图，卢瑟福据此实验估算出原子核半径的数量级。故B正确；
C．丙图为放射源放出的三种射线在磁场中的运动轨迹，射线2为穿透本领最强，射线3为射线。故C正确；
D．丁图中太阳光谱中的暗线是当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素吸收自身特征谱线的光而形成的。故D正确。
故选BCD。
14．ADE
【详解】
A．太阳辐射的能量来自太阳内部聚变时释放的核能，不断的核聚变，使太阳的质量不断减小，选项A正确；
B．原子核发生α衰变后，新核与原来的原子核相比，核子数减少了4，选项B错误；
C．放射性物质的半衰期与外界条件无关，选项C错误；
D．已知氢原子的基态能量为E1＝－13．6eV，一个处于基态的氢原子只要吸收大于13．6eV的能量即可被电离，故吸收了一个14eV的光子后一定会被电离，选项D正确；
E．已知氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的，其中有两条紫色的、一条红色的、一条蓝色的．由于紫光的光子能量最大，对应的能级差最大，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时，产生的是紫色光，选项E正确．
15．BD
【详解】
A．157N+11H→126C+42He是原子核的人工转变方程，选项A错误；
B．11H+21H→32He+γ是核聚变反应方程，选项B正确；
C．23892U→23490Th+42He是α衰变方程，选项C错误；
D．42He+2713Al→3015P+10n是原子核的人工转变方程，选项D正确；
故选BD.
16． 4
【详解】
由题意，根据电荷数守恒可得
解得
氢核聚变的方程是
一次氢核聚变释放出的能量等于生成物与反应物的总结合能之差，即
17． 27
【详解】
据质量数守恒、电荷数守恒可得
→+
质量亏损为
释放的能量为
18． 17.6
【详解】
试题分析：根据质量数与质子数守恒，则有核反应方程为：；
（2）根据质能方程，得一次聚变释放出的能量：；
19．0.82MeV
【详解】
根据能量守恒定律以及质能方程可知参与上述反应的电子中微子的最小能量为
Emin=(36.95691+0.00055u－36.95658)×931.5MeV≈0.82MeV
20．(1) （2） （3）
【详解】
（1）＋―→＋
（2）取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得
mnv0＝－mTv1＋mHev2
v2＝
＝ m/s
＝2×104 m/s
（3）质量亏损为
Δm＝mD＋mT－mHe－mn
＝（2．014 102＋3．016 050－4．002 603－1．008 665） u
＝0．018 884 u≈3．136×10－29 kg
根据爱因斯坦质能方程
ΔE＝Δmc2＝3．136×10－29×（3×108）2 J≈2．82×10－12 J
21．2.84×103 t
【详解】
质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mBa+mKr+3mn)=236.052 6u-235.837 3 u=0.2153u．
释放的能量ΔE=Δmc2≈201 MeV
1 kg铀235 含有的铀原子核数目为N=×6.02×1023=2.56×1024个
1 kg铀完全反应释放的总能量为E总=N·ΔE=2.56×1024×201×106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J
1 t煤完全燃烧释放的能量为E=1000×2.9×107 J=2.9×1010 J
故 1kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的质量为n=2.84×103t．
22．（1） （2）
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为
（2）由质能方程可得，该核反应释放的能量为
设衰变后反冲核的速度大小为v1，α粒子的速度大小为v2，由动量守恒定律可知
又因核反应所释放的核能全部转化为系统的动能，则有
联立解得α粒子的速度为
答案第1页，共2页