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14题）
1．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（　　）
A．化学反应 B．放射性衰变 C．裂变反应 D．热核反应
2．下列关于核反应的说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的核反应是：
B．组成核的核子中任何两个核子间都存在不可忽略的核力作用
C．压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响
D．在粒子散射的实验中，绝大多数粒子几乎直线穿过金箔，这可以说明金原子内部绝大部分是空的
3．下列核反应中，表示核裂变的是（　　）
A．U→Th＋He B．U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．P→Si＋e D．Be＋He→C＋n
4．下列关于物理学史实和原理的说法中正确的是
A．沿着水平面滚动的小球，会越来越慢，最后停下来，亚里士多德认为这是摩擦阻力作用的结果
B．英国科学家牛顿发现了万有引力定律，并用实验方法测出万有引力常量
C．哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，确定行星以椭圆轨道绕太阳运行
D．太阳内部发生的核反应是热核聚变反应
5．核聚变过程的核反应方程为，反应原料氘（）富存于海水中，氚（）可以从中子轰击锂核（）的人工转变中得到。下列说法正确的是（　　）
A．中子轰击锂核（）得到氚（）的核反应方程为
B．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能
C．核反应生成物中的粒子虽具有很强的穿透能力，但电离本领较弱
D．在中子轰击锂核（）发生的核反应生成物中有粒子，故属于衰变
6．对下列各原子核变化的方程，表述正确的是
A．是核聚变反应
B．是衰变
C．是核裂变反应
D．是β衰变
7．物理教材中有很多经典的插图能够形象地表现出物理实验、物理现象及物理规律，下列四幅图涉及不同的物理知识或现象，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．图乙中，紫光产生的光电子初动能比黄光产生的光电子初动能大
C．图丙中，射线a由组成，射线b为电磁波，射线c由电子组成
D．图丁中，链式反应需要温度足够高才能发生
8．核潜艇作为国之重器，其战略价值极大。我国核潜艇是以核反应炉为动力来源的潜艇。其核反应堆中可能的一个核反应方程为。下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于原子核的衰变
B．该核反应遵循质量守恒
C．该核反应需要持续不断地由外界提供中子
D．该核反应方程式中
9．2020年12月4日我国新一代“人造太阳”——环流器二号M装置，正式建成并投入使用，如图所示。该装置是利用核反应实现的，其核反应方程为，这一科研成果是我国核物理学家艰苦奋斗的结果。关于“人造太阳”下列说法不正确的是（　　）
A．该反应是轻核聚变反应，比重核裂变更安全和清洁
B．该反应是热核反应，需要几百万摄氏度条件下才能进行
C．裂变反应相比聚变反应中平均每个核子释放的能量要多
D．目前我国核反应堆产生的能量主要来自重核裂变
10．.关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是（　 　）
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
C．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个
D．衰变成要经过8次β衰变和6次α衰变
11．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程是
B．聚变反应中的质量亏损
C．辐射出的光子的能量
D．光子的波长
12．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并首次实现利用核聚变放电。下列方程中，正确的核聚变反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
13．下列说法正确的是（　　）
A．比结合能越大的原子核越稳定，核子平均质量越小
B．射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流
C．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放
D．太阳内部持续不断地发生着热核反应，其中一种核反应方程为，表示的是中子
14．如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子速度减少变为慢中子。下列说法正确的是（　　）
A．“慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获
B．裂变后的新核氪的比结合能大于铀核的比结合能
C．链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
D．一个裂变释放的能量是200MeV，则该核反应中质量亏损约为
二、填空题
15．中子打进铀核后，铀核处于激发状态，此时的原子核称为_______________。核子激烈运动，间距增大，核力_______________，铀核分裂成多个裂块，放出几个中子，并放出巨大能量。
16．原子核释放能量的方式有_____、_____和_____．
17．在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是_______，属于裂变的是_______，属于聚变的是_______。（填正确答案标号）
A．
B．
C．
D．
E．
18．太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，核反应方程是：，已知质子、氦核、X的质量分别为 m1、m2、m3，真空中的光速为 c。方程中的X表示____，核反应中释放的核能ΔE=______。
三、综合题
19．在某些恒星内部，3个氦核（）结合成1个碳核（）。已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2，1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，真空中的光速为c。
（1）核反应方程为；
（2）核反应的质量亏损为；
（3）碳核的比结合能为。
20．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。
(1)已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为R。原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）
21．两个氘核（）聚变时产生一个氦核（，氦的同位素）和一个中子，已知氘核的质量为M，氦核（）的质量为，中子的质量为．以上质量均指静质量，不考虑相对论效应．
（1）请写出核反应方程并求两个氘核聚变反应释放的核能；
（2）为了测量产生的氦核（）的速度，让氦核垂直地射入磁感应强度为B的匀强磁场中，测得氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R，已知氦核的电荷量为q，氦核的重力忽略不计，求氦核的速度v及氦核做圆周运动的周期T；
（3）要启动这样一个核聚变反应，必须使氘核（）具有足够大的动能，以克服库仑斥力而进入核力作用范围之内．选无穷远处电势能为零，已知当两个氘核相距为r时，它们之间的电势能（k为静电力常量）．要使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到，氘核的重力忽略不计．那么，两个氘核从无穷远处以大小相同的初速度相向运动发生聚变，氘核的初速度至少为多大？
22．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的12亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。科研人员称新纪录进一步证明核聚变能源的可行性，也为迈向商用奠定物理和工程基础。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核（H）聚变成氦核（He）的同时释放中子，已知氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.0150u，中子质量为1.0087u，lu的质量相当于931.5MeV的能量。
（1）写出上述核反应方程式；
（2）求核反应中释放的核能；
（3）原子核具有足够的动能，碰撞时十分接近，才可以发生聚变。若两个氘核以相等的动能0.37MeV进行对心碰撞，并且核反应释放的核能全部转化为机械能，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．D
【详解】
太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应。故D正确；ABC错误；
故选D。
2．D
【详解】
核裂变中反应物中应该有多个中子参与，选项A错误；核力是核子间强相互作用力，核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m，原子核的半径数量级在10-15m，所以核力只存在于相邻的核子之间，故B错误；压力、温度对放射性元素衰变的快慢没有影响，选项C错误；在α粒子散射的实验中，绝大多数α粒子几乎直线穿过金箔，这可以说明金原子内部绝大部分是空的，选项D正确；故选D.
3．B
【详解】
A．该反应是α衰变方程，选项A错误；
B．重核的裂变是指重核在中子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应，故该反应为重核裂变，选项B正确。
C．该反应中有一个正电子生成，不是裂变。 故C错误；
D．该反应为原子核的人工转变方程，选项D错误。
故选B。
4．D
【详解】
最先提出摩擦阻力改变运动的伽利略，A错误；万有引力常量是卡文迪许最先测出的，B错误；确定行星以椭圆轨道绕太阳运行的科学家是开普勒，C错误；太阳内阻发生的核反应是热核聚变反应，D正确．
5．A
【详解】
A．根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的人工转变方程为
A正确；
B．核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，B错误；
C．核反应生成物中粒子虽具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，C错误；
D．中子轰击锂核（）发生的核反应是原子核的人工转变，D错误。
故选A。
6．A
【详解】
A、方程是轻核的聚变方程，选项A正确；
B、方程是原子核的人工转变方程，选项B错误；
C、方程是β衰变方程，选项C错误；
D、方程是重核的裂变方程，选项D错误；
故选A.
7．C
【详解】
A．从图甲可以看出，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，发现质子，中子是查德韦克发现的，A错误；
B．根据
紫光的遏止电压大，说明紫光产生的光电子最大初动能比黄光产生的光电子最大初动能大，B错误；
C．根据左手定则可得，射线a由组成，射线b为电磁波，射线c由电子组成，C正确；
D．链式反应只需要用足够的中子去轰击大于临界体积的铀，不需要很够高的温度，D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．该核反应为原子核的裂变，A错误；
B．该核反应遵循质量数守恒，质量有亏损，质量不守恒， B错误；
C．该反应为链式反应，反应过程中会持续产生中子，不需要外界持续提供中子， C错误；
D．根据质量数和电荷数守恒可解得Ｘ=3，D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．核反应方程
由两个轻核聚变为质量较大的重核及放出中子，所以该反应是轻核聚变反应，轻核聚变没有核污染，重核裂变的原料具有放射性，所以该反应是轻核聚变反应，比重核裂变更安全和清洁，故A正确；
B．轻核聚变反应为是热核反应，需要几百万摄氏度条件下才能进行，故B正确；
C．聚变反应平均每个核子释放的能量比裂变反应中平均每个核子释放的能量大3到4倍，所以聚变反应相比裂变反应中平均每个核子释放的能量要多，故C错误；
D．目前我国核反应堆产生的能量主要来自重核裂变，故D正确。
本题选不正确项，故选C。
10．C
【详解】
A、比结合能越大原子核越稳定,原子核的结合能越大,原子核不一定越稳定,故A错误;
B、只有较小的原子核才会发生聚变,故B错误;
C、按照质量数和电荷数守恒可以知道发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，故C正确；
D、按照核反应中电荷数与质量数守恒可知衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变，故D错误；
故选C
11．C
【详解】
A．该核反应方程质量数不守恒，故A错误；
B．该聚变反应中的质量亏损为
故B错误；
C．聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，则辐射出的光子的能量为
故C正确；
D．光子的波长为
故D错误。
故选C。
12．A
【详解】
核聚变反应是两轻核反应变成中等质量的核。
A．，是轻核聚变，故A正确；
B．，此核反应反应物只有一个原子核且生成物由氦核，属于衰变，故B错误；
C．，此反应反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生产物至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误；
D．，此反应是用粒子轰击生成了同位素磷，是人工核转变，发现同位素磷和正电子的方程，故D错误；
故选A。
13．AC
【详解】
A．比结合能越大的原子核越稳定，核子平均质量越小，选项A正确；
B．射线是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，选项B错误；
C．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放，选项C正确；
D．太阳内部持续不断地发生着热核反应，其中一种核反应方程为，的质量数为0，电荷数为+1，则表示的是正电子，选项D错误。
故选AC。
14．BCD
【详解】
A．中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，A错误；
B．重核裂变，质量亏损，释放核能，比结合能大的原子核稳定，故新核氪的比结合能大于铀核的比结合能，B正确；
C．链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程可知，一个裂变释放的能量是200MeV，此过程中的质量亏损为
D正确。
故选BCD。
15． 复合核 减小
【详解】
中子打进铀核后，铀核处于激发状态，此时的原子核称为复合核。核子激烈运动，间距增大，核力减小，铀核分裂成多个裂块，放出几个中子，并放出巨大能量。
16． 裂变 聚变 衰变
【详解】
1938年，物理学家用中子轰击铀，使铀这种重原子核分裂成两块中等质量的原子核，同时放出大量的能量，这种原子核反应叫做重核裂变，核裂变是目前利用核能的主要形式．后来，物理学家又发现了轻核在一定条件下能聚合成质量较大的核，同时也能放出大量的能量，这种反应称为轻核聚变．两种核反应都可产生很大的能量；类似的人工核转变，还有衰变;
原子核释放能量的方式有裂变、聚变和衰变．
17． B D E
【详解】
α衰变是原子核内部自发的天然放射现象，释放α粒子，故B是α衰变；
裂变是重核在中子的轰击下进行的核反应，故D是裂变；
轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，故E是聚变，其中A是β衰变，C是人工核反应。
18．
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可得：X为；
根据质能方程可求核反应中释放的核能
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）依题意，该核反应方程式为
（2）核反应过程中的质量亏损
（3）由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成，根据爱因斯坦质能方程
可知，核反应释放的能量
所以碳核的比结合能为
20．(1)；(2)，
【详解】
(1)电子绕原子核运动
解得
故等效电流值
(2)核反应所释放的能量为
核反应前后动量守恒
动能
可知
根据能量守恒
联立解得
21．(1) (2) (3)
【详解】
（1）
核反应释放的核能
（2）由，得
由，得
（3）由能量守恒
得
22．（1）；（2）3.26MeV；（3）Ek中=3MeV，Ek氦=1MeV
【详解】
(1)由题意可写出氢核聚变反应方程式为
(2)核反应中质量亏损为
△m=2×2.0136u-3.0150u-1.0087u=0.0035u
释放的核能为
(3)两个氘核以相等的动能0.37MeV进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有
0=p氦+p中
所以产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反，由于
故中子和氦核的动能之比
Ek中：Ek氦=m氦：m中=3：1
中子和氦核的总动能
Ek总=2×0.37MeV+3.26MeV=4MeV
可解得
Ek中=3MeV，Ek氦=1MeV
答案第1页，共2页