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）
1．2020年12月1日报道：中国科学院成都研究所的“人工太阳”将在2020年年底投入使用，这一科技成果令世界各国科学界刮目相看。人工太阳是利用氘核核聚变实现的，反应方程是，下列说法正确的是（　　）
A．该反应过程中满足电荷守恒和质量守恒
B．重核裂变比轻核聚变更为安全、清洁
C．聚变反应相比裂变反应中平均每个核子释放的能量多
D．目前核反应堆产生的能量主要来自轻核聚变
2．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。氘核聚变反应方程是：。已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u，1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）
A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV
3．下列说法正确的是
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
C．一束光照到某金属上，不能发生光电效应，是因为该束光的频率低于极限频率
D．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，棱外电子的动能增大，势能减小
4．下列说法正确的是（ ）
A．是α衰变
B．α粒子散射实验中，极少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．核反应方程：中的X为质子
D．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
5．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源，当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量，这几种反应总的效果可以表示为由平衡条件可知（ ）
A．k=1，d=4 B． k =2，d=2
C．k =1，d=6 D． k =2，d=3
6．国外某核电站发生核泄漏事件，向海水中排放了63种放射性物质，其中一种物质是氚（），其半衰期为12.5年。下列说法正确的是（　　）
A．核电站所利用的核反应是核聚变 B．氚原子和氦（）原子的中子数相同
C．100g氚经过25年会全部衰变完 D．若氚发生的是β衰变，则衰变产物是氘（）
7．核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源，据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是（ ）
A．
B．
C．
D．
8．下列说法正确的是（ ）
A．铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
C．原子核内的中子转化成一个质子和电子，产生的电子发射到核外，就是粒子，这就是衰变的实质
D．用能量为11.0eV的光子照射时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
9．有关原子及原子核方面的知识，下列说法正确的是（　　）
A．放射性物质衰变时放出来的γ光子，是原子从高能级向低能级跃迁时产生的
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
D．轻核聚变要在很高的温度下才能发生
10．有关下列四幅图的说法正确的是　　
A．甲图中，球以速度v碰撞静止球，若两球质量相等，碰后的速度一定为v
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．丙图中，射线甲由 粒子组成，射线乙为 射线，射线丙由 粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核聚变
11．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（　　）
A．一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，最多将向外辐射六种不同频率的光子
B．个原子核经过两个半衰期后一定剩下个
C．轻核聚变反应方程中，表示电子
D．一个光子与一个静止的电子碰撞而散射，其频率会发生改变
12．下列说法正确的是( )
A．天然放射性现象表明了原子内部是有复杂的结构
B．一个氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少
C．某放射性元素由单质变为化合物后,其半衰期会变短
D．目前核电站的能量主要来自轻核的聚变
13．2020年我国完成了探月工程三期任务，实现月面无人采样返回。为应对月球夜晚的低温，“嫦娥五号”除了太阳能板之外，还有一块“核电池”。“核电池”是利用了的衰变，其衰变方程为，关于衰变，下列说法正确的是（　　）
A．，，比的中子数少4
B．为衰变方程式
C．发生的是衰变，射线具有很强的电离能力
D．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
14．下列核反应中，表达正确的是：
A．23892U—23590Th+ 42He 属于裂变
B．94 Be+42He—126C+10n 属于人工转变
C．23592U+10n—14156Ba+9236Kr+3 10n 属于衰变
D．31H+21H—42He+10n 属于聚变
15．已知氘核的平均结合能是1.09MeV，氚核的平均结合能是2.78MeV，氦核的平均结合能是7.03MeV。在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核和一个中子，并放出17.6MeV的能量，下列说法正确的是（　　）
A．这是一个裂变反应
B．核反应方程为
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应会有质量亏损
16．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是
A．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
B．原子核发生衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程有质量亏损
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．原子核发生衰变时放出的β射线是原子核外电子电离形成的高速电子流
二、填空题
17．核电站发电过程中的能量转化情况是：________能通过热交换器转化为内能，又通过汽轮机转化为________能，最后通过发电机转化为________能．
18．工作原理
核燃料发生________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的________传输出去，用于________，同时也使反应堆冷却。
19．质子与中子发生核反应生成氘核，放出能量，其核反应方程为_______________；已知中子的质量，质子的质量，氘核的质量，真空中的光速为，则氘核的比结合能为________（保留两位有效数字）。
20．核能与其他能源相比具有能量大、地区适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
(1)核反应方程式，是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为__，a=__。
以分别表示核的质量，分别表示中子、质子的质量，c为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能=_____。
(2)已知有一种同位素，比核多2个中子。某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生衰变时放出的粒子的速度大小为，已知锕系元素周期表部分如图。
试写出衰变的方程______，并求出衰变后的残核初速度___
综合题
21．氘核与氚核的聚变反应： ，已知电子电量e=1.6×10-19C，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，求：
(1) 这一过程的质量亏损是多少千克？
(2) 1g氘核完全参与上述反应，共释放核能多少（阿伏伽德罗常量NA=6.0×1023mol-1）？
22．核反应堆中是靠熔化的钠来传递核燃烧产生的热量的，而抽动液态钠的“泵”传动部分又不允许和钠接触，因此常使用一种称为“电磁泵”的装置．这种泵的结构如图所示，N、S为磁铁的两极，C为在磁场中的耐热导管，熔融的钠从其中流过。
（1）要使钠液向图中所标方向加速流动，加在导管中钠液的电流方向应如何？
（2）查阅资料，了解核反应堆的热交换系统．
23．一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22MeV的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来．
（C＝3.0×108m/s，1Mev＝1.6×10﹣13J，普朗克常数h＝6.63×10﹣34J S）
（1）写出这一过程的核反应方程；
（2）该反应质量亏损△m为多少；（单位用kg，结果保留一位有效数字）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．核反应过程中前后质量不守恒，故A错误；
B．轻核聚变相比重核裂变更为安全、清洁，故B错误；
C．聚变反应相比裂变反应中平均每个核子释放的能量多，C正确；
D．目前核反应堆产生的能量主要来自重核裂变，D错误；
故选C。
2．B
【详解】
因氘核聚变的核反应方程为
核反应过程中的质量亏损为
释放的核能为
故选B。
3．C
【详解】
太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A错误；黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念．故B错误； 根据光电效应的规律，一束光照到某金属上，不能发生光电效应，是因为该束光的频率低于极限频率，选项C正确； 氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，棱外电子的动能减小，势能增大，选项D错误；故选C.
4．B
【详解】
A．是聚变方程，故A错误；
B．卢瑟福提出的核式结构模型的依据就是α粒子散射实验的现象中极少数α粒子发生了较大偏转，故B正确；
C．由核反应方程质量数守恒和电荷数守恒，可得X为中子，故C错误；
D．半衰期是对大量样本的统计规律，对4个氡原子核不适用，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
在核反应的过程由质量数守恒可得
根据核电荷数守恒可得
联立解得
k =2，d=2
故ACD错误，B正确。
故选B。
6．B
【详解】
A．可控核聚变还没有实现，所有核电站使用的均是核裂变，A错误；
B．氚原子有两个中子，氦原子也有两个中子，B正确；
C．每经历一个半衰期，剩下的原子核数量是原来的一半，经过25年，剩下的氚为25g，C错误；
D．氚的衰变方程为，另一种衰变产物是，D错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．核反应方程属于核聚变方程，故A错误；
B．核反应方程属于放射性同位素的衰变，符合题意，故B正确；
C．核反应方程类的质量数不守恒，正确核反应方程为，属于核裂变，故C错误；
D．核反应方程属于人工核反应方程，故D错误．
8．C
【详解】
根据爱因斯坦质能方程可知，裂变时释放能量是因为发生了亏损质量，△E=△mc2，故A错误；发生光电效应时，入射光的频率越高，光子的能量越大，由：Ekm=hγ-W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大，而与入射光的强度无关，故B错误；β衰变时，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C正确；11.0eV的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以不能吸收而发生跃迁，故D错误；故选C．
9．D
【详解】
A.放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即γ射线，故A错误；
B.放射性物质的半衰期由原子核内部因素决定，与温度以及化学状态等无关，故B错误；
C.β衰变所释放的电子来自原子核，是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；
D.轻核聚变需在很高的温度下发生，会释放出更高的能量，所以轻核聚变又称为热核反应．故D正确．
故选D
10．B
【详解】
A图中两球质量相等，若发生的碰撞为弹性碰撞，即动量守恒、能量守恒，可知两球的速度交换．若发生的碰撞为非弹性碰撞，则碰后m2的速度不为v．故A错误．B图中光的颜色决定了光的频率，颜色相同，则频率相同，根据光电效应方程，知最大初动能相同，则遏止电压相等，入射光强度越大，饱和电流越大．故B正确；根据左手定则，甲向左偏，知甲带正电，乙不带电，丙向右偏，故丙带负电，故C错误．链式反应属于重核裂变．比如铀核裂变为链式反应．故D错误．
故选B．
11．D
【详解】
A．一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，最多向外辐射三种不同频率的光子，故A错误；
B．半衰期是大量放射性元素原子核衰变的统计规律，故B错误；
C．根据质量数守恒可知X的质量数
电荷数
则X为，故C错误；
D．光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量減小，根据可知，光子的频率减小，故D正确。
故选D。
12．B
【详解】
天然放射性现象表明了原子核是有复杂的结构，选项A错误；根据玻尔理论，一个氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少，选项B正确；某放射性元素的半衰期与元素所处的化合状态无关，选项C错误；目前核电站的能量主要来自重核的裂变，选项D错误；故选B.
13．C
【详解】
A． 的衰变方程为
根据质量数守恒与电荷数守恒可知
解得
可知发生的衰变为α衰变，核反应方程为
即比的中子数少2，A错误；
B．核聚变方程，B错误；
C．发生的是衰变，射线具有很强的电离能力，C正确；
D．半衰期与环境条件无关，压力、温度或浓度不能改变放射性元素的半衰期，D 错误。
故选C。
14．BD
【详解】
A中质量数不守恒，，为衰变，A错误；B中方程为查德威克利用α粒子轰击铍核打出了中子，属于人工转变，B正确；C属于裂变，C错误；D属于轻核聚变，D正确
15．BD
【详解】
AB．核反应方程如B所述，是聚变反应，故A错误，B正确；
C．目前核电站利用核裂变工作，故C错误；
D．该反应释放能量，故有质量亏损，D正确。
故选BD。
16．AB
【详解】
氢原子辐射光子后，电子轨道半径减小，根据得，电子动能增大，故A正确；原子核发生衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程有质量亏损，B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核裂变，C错误；γ射线是电磁波，D错误．
17． 核 机械 电
【详解】
核电站发电过程中的能量转化情况：在核电站中将核能先通过热交换器转化为介质的内能，再通过汽轮机推动发电机的转子转动，转化为机械能，[3]并在发电机中最终转化为电能。
18． 核裂变 循环流动 热量 发电
【详解】
核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。
19． （或）
【详解】
核反应方程为：
氘核是由1个质子、1个中子构成，其核子与原子核的质量差为
△m=mp+mｎ-mD=1.6749×10-27kg+1.6726×10-27kg-3.3436×10-27 kg=0.0039×10-27 kg
氘核的结合能为△E=△mc2代入数据解得
△E=3.51×10-13J.
则氘核的比结合能为
20． X为中子 3
【详解】
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒，知aX的电荷数为0，质量数为3，知X的电荷数为0，质量数为1，为中子，a=3
根据爱因斯坦质能方程得，释放的核能
(2)根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程
设衰变后的残核初速度大小为v，规定放出的α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律，得
解得
21．
【详解】
试题分析：根据质能方程，△E=△mC2，即可求解；根据摩尔质量，即可求解摩尔数，结合第一问，即可解得共释放核能．
（1）根据爱因斯坦质能方程，△E=△mC2，可得：．
（2）氘核的摩尔质量为2×10-3kg/mol；那么1g氘核的数目为：个，些氘完全反应共释放能量为：E=N△E=3×1023×17.6×106×1.6×10-19J=8.45×1011J．
22．（1）电流由下向上；（2）见解析
【解析】
（1）已知安培力方向和磁场方向，根据左手定则判断电流方向。安培力向内，磁场方向向右，根据左手定则，电流由下向上。
（2）核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。核燃料在裂变过程中发生链式反应，释放大量的能量，人类通过控制链式反应的速度，实现核能的利用。在压力容器中，由裂变放出的能量加热了周边的水，使水的温度升高，但因水处于高压下，它并不沸腾，水被泵到热交换器里，引起了其它水的沸腾，产生高温高压的水蒸气推动汽轮机，从而带动发电机发电。水蒸气在冷凝器中被液化为水，然后循环使用。
23．（1） ；（2）4.0×10﹣30Kg
【详解】
解：(1)由质量数和电荷数守恒可知核反应方程是：
(2)由爱因斯坦质能方程可知
质量亏损：
答案第1页，共2页