5.4核裂变与核聚变专项测试（Word版含答案）

核裂变与核聚变
一、选择题（共17题）
1．裂变反应是目前核能利用中常用的反应．以原子核为燃料的反应堆中,当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种形式,其中一种可表示为＋→＋+3,则下列叙述中正确的是(　　)
A．Xe原子核中含有85个中子
B．Xe原子核中含有139个质子
C．裂变时释放能量,根据ΔE=Δmc2,所以裂变后核子总质量增加
D．裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后核子总质量数减少
2．下列说法正确的是
A．红外线的光子动量大于紫外线
B．天然放射现象说明原子是有结构的
C．在发生轻核聚变或重核裂变后，核子的平均质量均变小
D．不同频率的光波在同一介质中传播的速度大小相等
3．氘核与氚核发生热核聚变反应的方程式为。已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，X的质量为m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X为质子
B．X为电子
C．反应前后的质量应满足
D．反应中释放的核能为
4．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（　　）
A．图甲，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
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，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是连续的
D．图丁，汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，揭示了原子有复杂结构
5．核电站是利用反应堆释放出的能量将水变成高温高压的水蒸气来推动汽轮发电机发电的．反应堆的核反应方程式为，其中的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中光速为c，以下说法正确的是（　　）
A．X原子核中含有中子数为52
B．该反应质量亏损Δm=m1-m3-m4
C．该反应释放的能量为（m1-10m2-m3-m4）c2
D．的比结合能大于的比结合能
6．下列有关原子结构和原子核的说法正确的是（ ）
A．属于衰变
B．射线是高速运动的电子流
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．升高放射性物质的温度，可缩短其半衰期
7．下列说法正确的是（　　）
A．是一种核裂变反应
B．核反应堆产生的能量一定来自轻核聚变
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
D．卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说
8．2019年4月23日，在中国海军建军70周年阅兵式上，中国海军的093改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子
B．核反应方程属于裂变，是核潜艇的动力原理
C．核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
9．在下列两个核反应方程中，分别代表一种粒子．有关说法正确的是：
①②
A．①是重核裂变反应
B．②是轻核聚变反应
C．，此种粒子形成的射线具有很强的贯穿本领
D．是中子，的质量等于与质量之和减去的质量
10．第一代实用核反应堆以铀235为裂变燃料，但铀235在天然铀中仅占0.7％，其余为铀238，为了充分利用铀资源，科学家们研究设计了快中子增殖反应堆，简称“快堆”。快堆中的核燃料是钚239，其裂变时释放出快中子，装在反应堆周围的铀238吸收快中子变成铀239，铀239经过核反应后变成钚239，核反应方程如下所示：①，②，③，若钚239裂变释放的快中子都能被周围的铀238吸收，并充分反应，则下列说法正确的是（　　）
A．核反应③为裂变反应
B．上述核反应中x=8，y=2
C．方程①可以化简为；
D．通过上述核反应，核燃料钚239的总量会增加
11．下列说法正确的是
A．放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度有关
B．α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强
C．卢瑟福过实验发现质子的核反应万程为He+N→O+H
D．聚变是裂变的逆反应
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．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了原子核的结构
B．图乙：用质子轰击铀核使其发生裂变反应，能放出巨大的能量
C．图丙：玻尔理论把量子化观点引入到原子结构理论中，很好地解释了氢原子光谱的分立性
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂的内部结构
13．据BBC报道，前英国政府辐射事务顾问巴斯比博士表示，日本核电站的问题极为严重，尤其令人担心的是福岛核电站三号反应堆．他称，该反应堆现在遇到了麻烦，因为它使用的是一种不同的燃料：它不是铀，而是一种铀钚混合燃料，而钚是极为危险的，因此一旦这种物质泄漏出来，将使海啸灾难雪上加霜．钚是世界上毒性第二大的物质（世界上毒性第一大的物质为钋）．一片药片大小的钚，足以毒死2亿人，5克的钚足以毒死所有人类．钚的毒性比砒霜大4.86亿奥倍，一旦泄露入太平洋全人类都玩完！239Pu，半衰期24390年．关于钚的危害的认识，你认为错误的是（ ）
A．钚是具有很强的放射性 B．钚是重金属，进入人体会破坏细胞基因从而导致癌
C．钚的半衰期比铀要长的多 D．钚核的裂变反应能放出巨大的能量
14．下列说法正确的是（ ）
A．某种频率的光照射金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加
B．在核反应堆中，镉棒的作用是使快中子变为慢中子
C．结合能越大，原子核越稳定
D．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同
15．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富，已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是
A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1–m3–m4)c2
D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
16．下列说法正确的是（ ）
A．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波长太短
B．一重原子核衰变成β粒子和另一原子核，原来重核的结合能一定小于衰变产物的结合能
C．大量的氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时可以辐射两种不同频率的光
D．重核的裂变过程与轻核的聚变过程均有质量亏损
E．γ射线一般是伴随着α或β射线产生的，是波长很短的光子流，且具有很好的穿透能力
17．黄旭华，中国核潜艇之父，开拓了中国核潜艇的研制领域，为中国核潜艇事业的发展做出了重要贡献，2020年1月10日，获国家最高科学技术奖。核潜艇是利用重核裂变作为动力，关于核反应方程，下列说法正确的是（　　）
A．中有88个中子
B．的比结合能比小
C．方程中X是α粒子，具有很强的电离本领
D．假设质量为m1，X质量为m2，质量为m3，质量为m4，光速为c，则核反应中释放的能量为（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2
二、填空题
18．完成下列核反应方程，并指出核反应的类型：
_____，是____变。
_____，是______变。
_____，是______变。
_____，是______变。
19．在核反应堆中,控制核裂变速度的方法是______________________________.
20．能的转化有方向性，符合能量守恒的过程________（选填“一定”或“不一定”）能发生。核电站是利用________（选填“重核裂变”或“化学反应”）获得核能并将其转为电能。
21．原子弹爆炸是________（选填“可控”或“不可控”）的链式反应．为了保证原子弹在适当的时候爆炸，需要把铀块分开为两块，每一块的体积都________临界体积，但加起来却________临界体积．（后两空均选填“大于”或“小于”）
三、综合题
22．钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和粒子，而铀核激发态 立即衰变为铀核，并放出能量为0.097MeV的光子。衰变放出的光子的动量可忽略.已知：、和粒子的质量分别为=239.0521u、=235.0439u和=4.0026u，1u相当于931.5MeV。
（1）写出的衰变方程
（2）求铀核和粒子刚产生时动能大小之比
（3）求粒子的动能(计算结果保留三位有效数字)
23．在用铀235作燃料的核反应堆中，铀235核吸收一个慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，让铀核裂变所产生的快中子通过和碳核不断碰撞而被减速。假设中子与碳核的碰撞是完全弹性碰撞，并在碰撞前碳核是静止的，碰撞后中子和碳核的速度都跟碰撞前中子的速度沿同一直线。已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的能量为E0。
(1)铀235的裂变方程为U+n→Xe+Sr+xn，则x值为多少？若反应过程中放出的能量为△E，则反应前后的质量差△m为多少？
(2)经过一次碰撞后，中子的能量为多少？
(3)若经过n次碰撞后，一个动能为E0的快中子能减速成为能量为En的慢中子，请写出En与E0和n的关系式。
24．两个动能均为的氘核，正面对心碰撞发生聚变，生成一个中子和氦核。已知氘核质量，中子质量，氦核质量。相当于的能量。（能量均以为单位，且保留两位小数）
(1)写出核聚变的方程式；
(2)计算上述核反应释放的核能；
(3)若核反应中释放的核能全部转化为动能，求生成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】
中电荷数为54，则质子数为54，质量数为139，则中子数为139-54=85．故A正确，B错误．裂变时释放能量，有质量亏损，但是质量数仍然守恒，故CD错误．故选A．
2．C
【详解】
根据，红外线的频率小于紫外线，则红外线的光子动量小于紫外线，选项A错误；天然放射现象说明原子核是有复杂结构的，选项B错误；轻核聚变和重核裂变的过程中，都会释放一定的能量，根据质量亏损可知，核子的平均质量都将减小，故C正确；不同频率的光波在同一介质中传播的速度大小不相等，选项D错误；故选C.
3．D
【详解】
AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项AB错误；
C. 因反应放出核能，则反应有质量亏损，即前后的质量应满足
选项C错误；
D. 该反应的质量亏损为
反应中释放的核能为
选项D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．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，故A错误；
B．用中子轰击铀核使其发生核裂变，链式反应会释放出巨大的核能，故B错误；
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，故C错误；
D．汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，揭示了原子有复杂结构，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．根据电荷数守恒和质量数守恒可得：X的质量数为
A=235+1-136-10=90
电荷数为
Z=92-54=38
所以X的中子数为
90-38=52
故A正确；
BC．质量亏损
根据质能方程可得释放的核能
故BC错误；
D．比结合能越大原子核越稳固，由于核反应的过程中释放热量，生成物比反应物更稳固，的比结合能小于的比结合能，故D错误。
故选A。
6．A
【详解】
A．属于衰变，A正确；
B．射线是高速运动的光子流，B错误；
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，C错误；
D．放射性物质的半衰期与外界条件无关，D错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．不是裂变反应 ，故A错误；
B．核反应堆产生的能量来自重核裂变，故B错误；
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的氢核聚变反应，故C错误；
D．卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构学说，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
A．衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，故A错误；
B．质量数较小的核转化为质量数较大的核，属于轻核聚变，故B错误；
C．质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；
D．核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A、①是原子核的衰变反应，不是重核裂变反应，故A错误；
B、核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，由此可知②是轻核聚变反应，故B正确；
C、根据质量数和电荷数守恒可知x1是α粒子，此种粒子电离能力强，贯穿能力弱，故C错误；
D、根据质量数和电荷数守恒可知x2是中子，由于反应过程中有质量亏损，因此X2的质量小于12H与13H质量之和减去24He的质量，故D错误．
故选B．
10．D
【详解】
A．铀239经过核反应后变成钚239的方程为 ，核反应③为衰变方程，选项A错误；
B．由质量数和电荷数守恒可得
可知x=9，y=2，选项B错误；
C．钚239裂变需要中子，不能把左侧的中子消掉，选项C错误；
D．消耗一个钚239，生成9个中子，每个中子与铀238反应生成一个铀239，一个铀239衰变成一个钚239，故钚239的总量会增加，选项D正确；
故选D。
11．C
【详解】
A：放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度无关，故A项错误．
B：α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，γ射线的穿透能力最强．故B项错误．
C：卢瑟福过实验发现质子的核反应方程是，故C项正确．
D：轻原子核结合成较重的原子核的核反应是核聚变；重核分裂成中等质量核的核反应是核裂变．故D项错误．
12．C
【详解】
A．卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，选项A错误；
B．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，选项B错误；
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，选项C正确；
D．汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，选项D错误。
故选C。
13．D
【详解】
A.由题意描述可知，钚有很强的放射性，射线对环境会造成污染危害，故A正确；
B.钚进入人体会导致基因突变，使正常组织发生癌变，故B正确；
C.钚半衰期比铀要长，因此其危害性大，故C正确；
D.钚核的裂变反应能放出巨大的能量可以为人类服务，这不算是其危害性，故D错误．
本题选错误的，故选D．
14．A
【详解】
A.某种频率的光照射某金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，就增加了单位时间内射到金属上的光子数，则单位时间内发射的光电子数将增加，故A正确；
B.镉棒的作用是吸收中子，而不是转变为慢中子，故B错误；
C.比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；
D.金属的逸出功由金属材料决定，与入射光无关，因此同一金属的逸出功是相同，故D错误．
故选A
15．BD
【详解】
由核反应方程知2H―→He＋X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确．
16．BDE
【详解】
光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长，故A错误；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，该过程中要释放能量，所以原来重核的结合能一定小于衰变产物的结合能，故B正确；大量的氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时，会辐射 种不同频率的光，故C错误；重核的裂变过程与轻核的聚变过程，要释放核能，依据质能方程可知，它们均有质量亏损，故D正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，且波长最短，故E正确；故选BDE．
17．ABD
【详解】
A．中有144-56=88个中子，选项A正确；
B．由于反应放出核能，生成更加稳定的原子核，而比结合能越大原子核越稳定，可知的比结合能比小，选项B正确；
C．方程中X是中子，选项C错误；
D．假设质量为m1，X质量为m2，质量为m3，质量为m4，光速为c，则核反应中质量亏损
m=( m1 +m2)﹣(m3+m4+3m2)= m1﹣2m2﹣m3﹣m4；
释放的能量为
Ek= mc2=（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2
选项D正确；
故选ABD。
18． 聚 衰 人工转 裂
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，反应物为，属于聚变反应；
方程生成物的质量数是0，电荷数是-1，是电子，是β衰变；
方程反应物的质量数是
24+1-23=2
电荷数是
11+1-11=1
所以是氘核，该反应是人工转变；
方程是重核的裂变，生成物的质量数是
电荷数是
92+0-56=36
所以是，该反应是重核的裂变。
19．用控制棒控制链式反应速度，用水降低中子运动的速度
【详解】
在核反应堆中,控制核裂变速度的方法是用控制棒控制链式反应速度，用水降低中子运动的速度。
20． 不一定 重核裂变
【详解】
能的转化有方向性，符合能量守恒的过程不一定能发生。如内能不能全部转化为机械能，除非引起其他方面的变化；现阶段的核电站均是采用重核裂变而获得电能的；
21． 不可控 小于 大于
【详解】
原子弹爆炸是不可控的链式反应．为了保证原子弹在适当的时候爆炸，需要把铀块分开为两块，每一块的体积都小于临界体积，但加起来却大于临界体积．
22．（1）；（2）；（3）。
【详解】
（1）的衰变方程为
（2）因为静止的发生衰变时满足动量守恒，且衰变放出的光子的动量可忽略，则有和的动量大小相等，方向相反；
所以动能之比
（3）质量亏损
释放能量
则和粒子的总动能
粒子的动能
23．(1)3，；(2)；(3)
【详解】
(1)根据核反应方程满足质量数守恒，有
解得
x=3
根据爱因斯坦的质能方程，有
可得亏损质量为
(2)设中子的质量为m，碳核的质量为12m，中子与碳核碰撞过程中动量守恒和机械能守恒
解得
，
由于
，
所以
(3)第1次碰撞后
第2次碰撞后
第3次碰撞后
……
第n次碰撞后
24．(1)；(2)；(3)；
【详解】
(1)由聚变反应中质量数守恒、核电荷数守恒得
。
(2)设核反应中的质量亏损为，则有


解得
。
(3)因反应前两核动能相同，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为0，两氘核正面对心碰撞过程动量守恒，结合动量大小p与动能的关系有：
或

或

解得

答案第1页，共2页