5.5裂变核聚变 同步训练(Word版含答案)

5.5裂变核聚变
一、选择题（共14题）
1．下列核反应中，表示核裂变的是（　　）
A． B．
C． D．
2．下列核反应中，属于原子核的衰变的是
A． B．
C． D．
3．关于原子、原子核的相关知识，下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程中的X是中子
B．轻核聚变的过程质量增加，重核裂变的过程质量亏损
C．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大
D．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
4．下列五幅图的有关说法中正确的是（　　）
① ②③ ④
⑤
A．若两球质量相等，碰后的速度一定为v
B．射线甲是α粒子流，具有很强的穿透能力
C．在光的颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越小
D．链式反应属于重核的聚变
E．中央亮条的宽度代表粒子动量的不确定范围
5．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等，下列关于核反应的说法正确的是（　　）
A．衰变为，经过3次衰变，6次衰变
B．是衰变方程，是衰变方程
C．是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为
6．已知真空中的光速，下列说法正确的是
A．铋210的半衰期为5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个
B．用中子轰击铀核的核反应方程为，属于原子核的衰变
C．若核反应释放出的能量，则该过程质量亏损约为
D．某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个粒子，则
7．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（　　）
甲：α粒子散射实验示意图
乙：链式反应示意图
丙：氢原子能级示意图
丁：汤姆孙气体放电管示意图
A．图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，否定了汤姆孙原子枣糕式模型
B．图乙，用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙，一个氢原子处于第三能级，最多可以辐射出三种频率的光子
D．图丁，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
8．下列说法正确的是（　　）
A．，其中铀（U）的比结合能比钡（Ba）的小
B．，此方程为核聚变反应方程
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核是由质子和中子组成的
D．几百万度的高温足以改变原子核衰变的半衰期
9．太阳内部发生的核反应模式之一是质子—质子循环，即四个结合生成一个，并释放出大量能量，其链式反应方程为①，②，③，下列说法正确的是
A．②反应中，释放了γ光子，则②反应为衰变反应
B．循环结果可表示为
C．四个生成一个过程中存在质量亏损
D．核电站中的核反应方式与太阳内部发生的主要核反应方式相同
10．太阳能热水器采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是（　　）
A．
B．
C．
D．
11．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学将一等奖，大多数粒子发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等．下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A．衰变为，经过3次衰变，2次衰变
B．是衰变放出，是衰变
C．是重核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速粒子轰击氮核可以从氮核中打出中子，其核反应方程为
12．下列四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过分析甲图中的粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型
B．乙图表示的是磁场对和射线的作用情况,其中①是射线,②是γ射线
C．丙图表示的核反应属于重核裂变,是人工无法控制的核反应
D．丁图表明,随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
13．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．图a中甲、乙、丙三种射线分别为β、γ、α
B．图b中氢原子发出的三条谱线波长λ1、λ2、λ3的关系为λ1=λ2+λ3
C．图c中的链式反应就是太阳内部每时每刻发生的核反应
D．图d中两曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时光电子最大初动能与光的强度无关
14．关于原子核的变化、核能及核力，下列说法正确的是
A．核力是一种弱相互作用，只能发生在原子核内相邻核子之间
B．某原子经过一次α衰变和两次β衰变后，核内质子数不变
C．放射性原子核X发生衰变，衰变产物的结合能之和一定大于原来X的结合能
D．＋→＋＋3是太阳内部发生的核反应之一
二、填空题
15．能够发生链式反应的最小体积叫做它的________．如果铀235的体积超过了它的这个体积，只要有中子进入，就会立即引起铀核的________，在极短时间内释放出大量________，甚至发生猛烈的爆炸，________就是根据这个原理制成的．
16．完成下列核反应方程
A．卢瑟福用粒子轰击氮核（）发现质子：_______
B．查德威克用粒子轰击铍核（）发现中子：_______
C．约里奥—居里夫妇用粒子轰击铝核（）发现放射性磷： _______
D．哈恩和他的助手发现铀核（）裂变生成钡（）和氪（）：_______
17．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”或者“小于”）它的临界体积．
18．不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能_________（填“越大”或“越小”）的原子核越稳定，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，则该核反应所_________（填“释放”或“吸收”）的能量为_________MeV。
三、综合题
19．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站。核电站消耗的“燃料”很少。但功率却很大。目前，核能发电技术已经成熟。求：
(1)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少吨浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶（Sr）核的质量为89.9077u，氙核（Xe）的质量为135.9072u，，浓缩铀中铀235的含量占2%。
(2)同样功率（100万千瓦）的火力发电站。每年要消耗多少吨标准煤（已知标准煤的热值为）？
(3)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染。需采取哪些措施（举2种）？
20．（1）写出两个氘核聚变成的核反应方程．
（2）若两氘核以相等的动能E0=0.50MeV作对心碰撞而发生上述核反应，且释放的核能全部转化为动能，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？已知核的质量为，中子质量为，氘核质量为．1u=931.5MeV/c2
21．已知铀核的质量为235.0439 u，中子质量为1.0087 u，锶（Sr）核的质量为89.9077 u，氙（Xe）核的质量为135.9072 u，，浓缩铀中铀235的含量为2%，则一座100万千瓦的核电站，每年需要消耗多少吨浓缩铀？
22．氦是宇宙中丰度第二高的元素，氦核是受控核聚变研究过程中的主要产物之一，如2个聚变生成1个和两个X，研究氦核对于核物理发展有很高的价值。如图甲为一回旋加速器的示意图，其核心部分为两个D形盒，D形盒中有匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小为，两D形盒之间接高频交流电源，电压如图丙所示。两D形盒之间为匀强电场．两D形盒的距离为d=1cm，D形盒的半径为1.2m，在盒的边缘放有位置可左右调节的粒子源A。粒子为氦核，初速度很小，可忽略不计．在盒的左侧有一个粒子引出装置EFHG（局部图如图乙）。氦核比荷，取，整个装置在真空中，不考虑粒子间的相互作用及相对论效应等因素。
（1）已知的质量为3.0150u，的质量为4.0026u，副产物X的质量为1.0079u，1u相当于931MeV的能量，试写出生成的核反应方程并计算反应中释放的核能（结果保留三位有效数字）；
（2）在时间内，粒子源随时间均匀地放出N个粒子，t=0时刻的粒子恰好在电场中加速40次到达EF处被引出，粒子在电场中运动的时间不可忽略，只有每次通过电场时都一直加速的粒子才能到达引出装置并被引出，求被引出粒子的个数；
（3）A到F的距离可调节，但粒子在磁场中运动的轨迹半径不能大于1.0m．只有每次通过电场时都一直加速的粒子才能到达引出装置，且粒子在最后两次从电场回到下边界时的距离要不小于1cm才能顺利引出（取），求被引出的粒子能够获得的最大动能为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．是α衰变，A错误；
B．是β衰变，B错误；
C．是重核裂变，C正确；
D．是人工转变，D错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．根据衰变的特点，该方程中有生成，属于衰变，故A正确；
B．根据核反应的特点可知，属于轻核的聚变，故B错误；
C．根据核反应的特点可知， 属于重核的裂变，故C错误；
D．根据核反应的特点可知，属于人工转变，故D错误．
故选A．
3．A
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒，X是中子，A正确；
B．轻核聚变和重核裂变的过程质量都亏损，B错误；
C．当发生光电效应时，光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，C错误；
D．天然放射现象中产生的γ射线不带电，故其不能在电场或磁场中发生偏转，D错误。
故选A。
4．E
【详解】
A.若两球质量相等，且碰撞为弹性碰撞，则碰撞前后两球会交换速度，碰后的速度和碰前的速度相等，否则，机械能会有损失，速度会小于v，故A错误；
B.甲粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则，该粒子带负电，故甲为粒子流，故B错误；
C.饱和光电流与入射光的强度有关，入射光强度越大，饱和光电流越大，故C错误；
D.链式反映属于重核的裂变，不是核聚变，故D错误；
E.根据不确定关系，，光子的位置和动量不能同时确定，中央亮纹的宽度是确定的，故可根据亮纹宽度来计算动量的不确定范围，故E正确．
故选E．
5．D
【详解】
A．衰变为，经过衰变的次数为 ， 衰变次数次，选项A错误；
B.核反应
是轻核聚变方程
是衰变方程，选项B错误；
C．方程
是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程，选项C错误；
D．高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为
选项D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A.半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律，少数原子核不适用此规律；A项错误.
B.是原子核的裂变；B项错误.
C.根据，可得；C项正确.
D.根据质量数和电荷数守恒可知，，则；D项错误.
7．A
【详解】
A．图甲：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，否定了汤姆孙原子枣糕式模型。故A正确；
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能。故B错误；
C．图丙：一个氢原子处于第三能级，辐射出不同频率的光子最多为
故C错误；
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构。故D错误。
故选A。
8．A
【详解】
A．是重核铀裂变为两个质量中等的核的过程，质量中等的核比重核稳定，比结合能越大，核越稳定，所以铀（U）的比结合能比钡（Ba）的小，A正确；
B．，此方程为原子核的人工转变，B错误；
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，C错误；
D．放射性元素衰变的半衰期是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，D错误。
故选A。
9．C
【详解】
A．②反应属于轻核聚变反应，故A错误；
B．循环结果可表示为，故B错误；
C．四个生成一个过程中释放大量能量，存在质量亏损，故C正确；
D．核电站发生的核反应方式是重核裂变，故D错误。
故选C。
10．A
【详解】
A．是热核聚变反应方程式，所以A正确；
B．是卢瑟福利用粒子轰击氮核打出质子，所以B错误；
C．是重核裂变，所以C错误；
D．是铀核的衰变，所以D错误。
故选A。
11．A
【详解】
在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：4m=234-222=12，所以m=3；设经过了n次β衰变，有：2m-n=90-86=4，所以n=2．故A正确；核反应方程是轻核的聚变， 中放射出电子，是β衰变方程，故B错误；是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程．故C错误；高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为．故D错误．故选A.
12．AB
【详解】
A. 甲图是粒子散射实验，卢瑟福通过分析实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确；
B. 根据左手定则可知，射线①带正电，为α射线；射线②不带电，为γ射线，故B正确；
C．丙图表示的核反应属于重核裂变，是可以人工控制的核反应，故C错误；
D．丁图中黑体辐射的强度，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且极大值向波长较短的方向移动，故D错误．
故选：AB
13．AD
【详解】
A．带电粒子在磁场中运动，根据左手定则，图a中甲、乙、丙三种射线分别为β、γ、α，故A正确；
B．图b中氢原子发出的三条谱线频率、、的关系为
又根据
则有
故B错误；
C．图c中的链式反应是重核裂变，太阳内部的反应为轻核聚变反应，故C错误；
D．图丁中强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明强黄光和弱黄光曲对应的遏止电压是相等的，结合动能定理
可知发生光电效应时最大初动能与光的强度无关，故D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】
A、核力是一种强相互作用，是一种短距作用，只能发生在原子核内相邻核子之间，故选项A错误；
B、某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，电荷数不变，质量数少4，可知核内质子数不变，故选项B 正确；
C、放射性原子核X发生衰变，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来X的结合能，故选项C正确；
D、太阳内部发生的核反应是聚变反应，而是裂变反应，故选项D错误．
15． 临界体积 链式反应 能量 原子弹
【详解】
能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积．
如果铀235的体积超过了它的这个体积，只要有中子进入，就会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内释放出大量能量，甚至发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的．
16．
【详解】
根据电荷数守恒，质量数守恒可得下列核反应方程分别为
A、发现质子：
B、发现中子：
C、发现放射性磷：
D、发现铀核（）裂变生成钡（）和氪（）：
17． 10 大于
【详解】
受一个中子轰击后裂变成 和两部分，根据根据电荷数和质量数守恒有：
92=54+38
235+1=136+90+x×1
解得
x=10
所以中子个数为10．链式反应的条件：大于临界体积．
18． 越大 释放 17. 6
【详解】
比结合能用于表示原子核结合松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定。
聚变反应前和的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
故，核反应向平均结合能增大的方向进行时，要释放能量
反应释放的核能为
19．(1)；(2)；(3) 见解析
【详解】
(1)一次核反应的质量亏损为
一年释放的核能为
根据质能方程
总的质量亏损为
需要的浓缩铀为
解得
(2)根据题意得
解得
(3)修建水泥层，屏蔽防护，废料深埋等。
20．（1） （2）3.17Mev ，1.09Mev
【详解】
（1）
（2）依题意：系统动量守恒 mnv1=mHev2 可得
系统能量守恒 2E0+ΔE=Ekn+EkH3
其中释放的核能 ΔE=Δmc2
可得 Ekn=3.17Mev，EkH3=1.09Mev
21．27
【详解】
根据题意，核反应方程为
一个铀核裂变，释放的能量为
一座100万千瓦的核电站，每年放出的能量
需消耗铀235的质量为
需要消耗浓缩铀质量为
22．（1），10.8MeV；（2）；（3）
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒可知该核反应方程为
释放的核能为
（2）带电粒子在D形盒中运动的周期
带电粒子在电场中加速时的加速度
根据回旋加速器的性质可知粒子通过电场时会一直加速，设加速总时间为t，则
解得
所以在的时间内均匀地放出的N个粒子，只有内放出的粒子每次通过电场能够一直加速，可得
（3）①粒子能够一直加速要求，有
解得
即
②最大半径不能大于1m，根据洛伦兹力提供向心力，有
根据动能定理有
解得
，
解得
即
③最后两次回到下边界的距离
解得
即
综合以上三种情况，n的量大取值为40，所以
答案第1页，共2页