5.4 核裂变与核聚变 同步练习（Word版含答案）

5.4、核裂变与核聚变
一、选择题（共16题)
1．关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下面说法正确的是（　　）
A．它们都是利用核裂变释放的核能
B．它们都是利用核聚变释放的核能
C．一座利用核裂变释放的核能，一座利用核聚变释放的核能
D．以上说法都不对
2．中国“人造太阳”，最高温度能达近 2 亿度，或将造福全世界。它的辐射能量和太阳一样来自于内部的（　　）
A．化学反应 B．裂变反应 C．链式反应 D．热核反应
3．关于近代物理学，下列说法正确的是（ ）
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出15种不同频率的光
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少
D．X射线经物质散射后波长变短的现象称为康普顿效应
4．2020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
5．下列说法正确的是（　　）
A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C．铀核自发放出粒子、粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量
D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，伴随有质量亏损
6．目前科学家正在研究“快中子堆”技术来发电，“快中子堆”技术发电的原理是：快中子反应堆不用，而用作燃料，但在堆心燃料的外围放置，发生裂变反应时放出来的高速中子（快中子），被装在外围再生区的吸收，吸收快中子后变成，很不稳定，很快发生衰变变成，在裂变产生能量的同时，又不断地将变成可用燃料，核燃料越烧越多。则（　　）
A．与的中子数相同
B．与的质子数相同
C．吸收中子后变成铀是属于核聚变
D．经过2次衰变后变成
7．物理学史上揭示原子核有结构的现象是（　　）
A．阴极射线现象 B．重核裂变现象 C．天然放射性现象 D．α粒子散射实验现象
8．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β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。下列说法不正确的是（　　）
A．钍核有90个质子，142个中子
B．铀核裂变的核反应方程为
C．放射性元素衰变的快慢只由核内部因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关
D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小
9．关于近代物理下列说法错误的是（　　）
A．β射线是高速运动的电子
B．核聚变反应方程中，表示中子
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．玻尔将量子观念引入原子领域其理论只能够解释氢原子光谱的特征
10．物理学重视逻辑推理，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是（　　）
A．天然放射现象说明原子内部是有结构的
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C．粒子散射实验的实验结果是原子核式结构模型的有力证据
D．经典电磁理论可以解释原子的稳定性，但不能解释原子光谱的分立性
11．在某恒星内发生着剧烈的核反应，其中一个核反应是三个粒子（）结合成一个碳核（），参照“比结合能-质量数”图像下列说法正确的是（　　）
A．该反应是原子弹爆炸的基本原理
B．按照质量守恒定律，三个氦核（）的质量之和等于一个碳核（）的质量
C．三个氦核（）的结合能之和大于一个碳核（）的结合能
D．碳核（）比氦核（）更稳定
12．下列说法中正确的是（ ）
A．对于相同质量的核燃料，重核裂变比轻核聚变产生的核能多
B．用某种颜色的单色光照射金属表面能发生光效现象形成光电流，增大该单色光强度光电流也会增大
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究提出了原子核具有复杂的结构
D．卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子只能处于一系列不连续的能量状态中
13．下列说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的某种核反应方程是
B．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是
C．卢瑟福通过α粒子散射实验验证了在原子核内部存在质子
D．一群处于能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射12种不同频率的电磁波
14．下列说法正确的是__________
A．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
B．极限频率越大的金属材料逸出功越大
C．轻核聚变反应方程有∶
D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长
E．氦原子核由两个质子和两个中子组成，其中两个质子之间三种作用力从大到小的排列顺序为：核力、库仑力、万有引力
15．核电站利用核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，核反应堆中的燃料是U，当其吸收一个中子后，一种可能是裂变为Sr、和中子，已知U的质量为mU，的质量为mSi，的质量为mXe，中子的质量为ma，质子的质量为mp。关于该裂变过程以下说法正确的是（　　）
A．核反应释放的热能可以全部转化为电能
B．该核反应方程式为
C．U的比结合能为
D．该核反应释放的能量为
16．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（ ）
A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，改用波长较长的光照射该金属可能发生光电效应
B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下1 g的氡222
C．玻尔理论解释了氢原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的
D．重核裂变为几个中等质量的核，其平均核子质量会增加
二、填空题
17．太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，，c为光速。核反应方程中则________，在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为________MeV。（结果保留2位有效数字）
18．太阳能量来源与太阳内部氢核的聚变。1个()和1个()结合成1个氦核()该核反应的方程式为：_______，已知()的质量为m1，的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，真空中光速为c。该反应释放的核能为_____。
19．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行，获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变过程是H＋H→He＋n，反应原料氘（H）富存于海水中，而氚（H）是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核（Li）的人工核转变得到。
(1)请把下列用中子轰击锂核（Li）产生一个氚核（H）和一个新核的人工核转变方程填写完整：___________＋n→___________＋H。
(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个Li核实现了核转变___________？（阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1）
(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10-13 J，求该核聚变过程中的质量亏损___________。
20．能源危机是一个全球性的共同问题。科学家们正在积极探索核能的开发与和平利用，其中可控热核反应向人类展示了诱人的前景。热核反应比相同数量的核子发生裂变反应释放的能量要大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用于热核反应的氘（）在海水中的总含量非常丰富，所以一旦可控热核反应能够达到实用，便可解决人类所面临的能源危机问题。
(1)热核反应中的一种反应是1个氘核和1个氚核（）聚变为1个氦核（），请完成这个核反应方程式：______＋能量。
(2)若氘核的质量为2.0141u，氚核的质量为3.0161u，中子的质量为1.0087u，氮核的质量为4.0026u。其中u是原子质量单位，已知1u相当于931 MeV的能量。则上述核反应过程中释放的能量为______MeV。（保留三位有效数字）
三、综合题
21．已知氘核的质量为2.0141u，中子的质量为1.0087u，氦核的质量为3.0160u，1u相当于931.5MeV。
(1)写出两个氘核聚变成氦核的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能为多少MeV（结果保留三位有效数字）；
(3)若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应后生成的氦核和中子的动能各为多少MeV？
22．科学研究发现太阳光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（H）转化成一个氦核（He）和两个正电子（e）并放出能量．（已知质子的质量mp=1.0073u，α粒子的质量mα=4.0015u，电子的质量me=0.0005u．1u的质量相当于931MeV的能量．）
（1）写出该热核反应方程；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量？（结果保留4位有效数字）
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．A
【详解】
我国已建成的秦山和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的核能．
A．描述与分析相符，故A正确.
B．描述与分析不符，故B错误.
C．描述与分析不符，故C错误.
D．描述与分析不符，故D错误.
2．D
【详解】
“人造太阳”的辐射能量和太阳一样来自于内部的核聚变反应，即热核反应，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A、绿光的频率小于紫光的频率，紫光照射金属能发生光电效应，绿光照射不一定能发生光电效应，故选项A错误；
B、一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出种不同频率的光，故选项B错误；
C、重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，由于释放能量，有质量亏损，质量减小，故选项C正确；
D、射线经物质散射后波长变长的现象称为康普顿效应，故选项D错误．
4．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。
5．D
【详解】
AB．在重核裂变的过程中，核电荷数和质量数均守恒，但质量发生了亏损，释放出大量的能量，故AB错误；
C．核电站利用的是重核裂变时释放的能量，故C错误；
D．根据能量守恒定律可知，所有释放核能的反应一定是由于质量发生了亏损，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．的中子数为145，的中子数为147，所以A错误；
B．的质子数为94，的质子数为92，所以B错误；
C．根据核聚变反应的定义，两个轻核结合成质量较大的核的核反应叫做核聚变，所以C错误；
D．根据
可知经过2次衰变后变成，所以D正确。
故选D。
7．C
【详解】
A．汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，A错误；
B．重核裂变是在揭示原子核结构之后，B错误；
C．天然放射性现象揭示了原子核内部有复杂结构，C正确；
D．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构，D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．钍核有90个质子，142个中子，故A正确，但不符合题意；
B．根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确，但不符合题意；
C．根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C正确，但不符合题意；
D．较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放出一定的能量，所以核子的比结合能都会增加，故D错误，符合题意。
故选D。
9．C
【详解】
A．β射线是高速运动的电子，A正确，不符合题意；
B．在核反应中电荷数守恒、质量数守恒，因此核聚变反应方程
其中表示中子，B正确，不符合题意；
C．由光电效应方程，可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系，不是正比关系，C错误，符合题意；
D．玻尔将量子观念引入原子领域其理论只能够解释氢原子光谱的特征，D正确，不符合题意。
故选C。
10．C
【详解】
A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的，A错误；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，B错误；
C．卢瑟福通过粒子散射实验，并对实验结果进行分析，得出原子的核式结构模型，C正确；
D．根据经典电磁理论，电子绕核运动产生变化的电磁场，会向外辐射电磁波，电子能量减少，轨道半径不断减小，运动频率不断改变，因此大量原子发光的光谱应该是连续谱，最终电子落到原子核上，原子是不稳定的，而实际上原子是稳定的。因此，经典电磁理论无法解释原子的稳定性，也不能解释原子光谱的分立性，D错误。
故选C。
11．D
【详解】
A．原子弹爆炸是裂变反应，A错误；
BC．结合图可知氦核（）的比结合能比碳核（）的小，所以三个氦核（）的结合能之和小于一个碳核（）的结合能，在该反应过程中存在质量亏损，放出能量，BC错误；
D．比结合越大的原子核越稳定，所以碳核（）比氦核（）更稳定，D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A、对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能多，故A错误．B、增大入射光强度则单位时间内产生的光电子增加，所以发生了光电效应时，增大入射光强度可以增大光电流，故B正确．C、汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，提出了原子具有复杂结构，故C错误.D、卢瑟福的α粒子散射推翻了汤姆逊的“枣糕模型”，提出了核式结构模型，故D错误．故选B．
13．B
【详解】
A. 铀核裂变的核反应是：是，两边中子不能约．故A错误；
B. 质子、中子、α粒子质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放能量是(2m1+2m2 m3)c2.故B正确；
C. 卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，实验验证了在原子核内部存在质子，故C错误；
D. 根据波尔理论，一群处于n=4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射6种不同频率的电磁波，故D错误．
故选B．
14．BCE
【详解】
A．放射性现象的发现说明原子核内部具有复杂的结构，选项A错误；
B．根据可知极限频率越大的金属材料逸出功越大，选项B正确；
C．轻核聚变反应方程有
选项C正确；
D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子能量比后者大，故根据
可知波长比后者的短，选项D错误；
E．氦原子核由两个质子和两个中子组成，其中两个质子之间三种作用力以核力为最大，然后是库仑力，最小是万有引力，故从大到小的排列顺序为：核力、库仑力、万有引力，选项E正确；
故选BCE。
15．CD
【详解】
A．核反应释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，中间都有热能损耗，A错误；
B．核反应方程式为
B错误；
C．U的结合能为自由的核子结合成原子核所释放的能量，即
根据比结合能的定义有
C正确；
D．根据质能方程，该核反应释放的能量为
D正确。
故选CD。
16．BC
【详解】
A．改用波长较长的光照射，则其频率更小，根据光电效应条件，更不会发生光电效应现象，A错误；
B．氡的半衰期为3.8天，质量为4g的氡，经7.6天后，有3g衰变成新核，还剩下1g氡没衰变，B正确；
C．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，C正确；
D．核反应过程由质量亏损，无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，D错误。
故选BC。
17． 2 27MeV
【详解】
由质量数和电荷数守恒得，核反应方程中则
n=2
反应过程中的质量亏损约为
由于
根据爱因斯坦质能方程可得
18．
【详解】
由题意可得，核反应的方程式为
根据爱因斯坦质能方程，该反应释放的核能为
19． Li He 2.0×1023个 3.1×10-29kg
【详解】
(1)核反应方程为
Li＋n→He＋H
(2)因为1 g氚为mol，根据核反应方程，实现核转变的Li也为mol，所以有2.0×1023个Li实现了核转变。
(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了核反应，5个核子释放总能量
ΔE=5×5.6×10-13 J=2.8×10-12 J
所以质量亏损为
Δm==kg=3.1×10-29kg
20． 17.6
【详解】
根据核反过程质量数，电荷数守恒定律可得，这个核反应方程式为
根据爱因斯坦质能方程计算得
。
21．(1) ；(2) 3.26MeV；(3) 0.99MeV，2.97MeV
【详解】
(1)聚变的核反应方程
(2)核反应过程中的质量亏损为
△m=2mD-（mHe+mn）=0.0035u
释放的核能为
△E=△mc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的动量为0．即
0=mHevHe+mnvn
反应前后总能量守恒，得
解得
EkHe=0.99MeV
Ekn=2.97MeV
22．（1）该热核反应方程411H→24He+210e；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出24.86MeV的能量
【详解】
解：（1）根据质量数守恒和电荷数守恒有：
411H→24He+210e
故该热核反应方程为：411H→24He+210e
（2）一次这样的热核反应过程中质量亏损为：
△m=4mP﹣mα﹣2me=4×1.0073u﹣4.0015u﹣2×0.0005u="0.0267" u
根据质能方程△E=△mc2得：
△E=0.0267×931MeV≈24.86MeV
故一次这样的热核反应过程中释放出24.86 MeV的能量．
答：（1）该热核反应方程411H→24He+210e；（2）一次这样的热核反应过程中释放出24.86MeV的能量．
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