5.4核裂变与核聚变 综合训练 （word版含答案）

5.4核裂变与核聚变
一、选择题（共15题）
1．下列核反应方程中属于β衰变的是(　　)
A． B．
C． D．
2．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
3．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
4．下列说法中正确的是（　　）
A．发生光电效应现象时，增大照射光的频率，同一金属的逸出功变大
B．一群氢原子处在n＝4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子
C．，其中17.6MeV是该核反应的结合能
D．原子的核式结构是汤姆孙发现的
5．属于β衰变的核反应方程式是（ ）
A． B．
C． D．
6．太阳能是大自然赋于人类的一种取之不尽，用之不竭的能源，在太阳的内部进行着大规模的（　　）
A．核裂变 B．核聚变 C．链式反应 D．核反应堆
7．在下列四个核反应方程中，x表示He，且属于聚变的反应是(　　)
A．U+n→Sr+Xe+3x B．H+H→x+n
C．P→Si+x D．Mg+x→Al+H
8．2020年3月15日中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source，简称CSNS）利用中子成像技术帮助中国科学技术大学进行了考古方面的研究。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置，CSNS 是我国重点建设的大科学装置，将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源。下列关于中子研究的说法正确的是（　　）
A．查德威克首先用a粒子轰击N， 生成O， 并产生了中子
B．U经过4次a衰变， 2次β衰变，新核与原来的原子核相比，中子数少了10个
C．中子流、X射线、β射线、γ射线都是原子核受激发而产生的
D．核电站一般通过石墨棒吸收中子数目来控制核反应剧烈程度
9．下列四幅图依次涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．用回旋加速器加速粒子的过程中，粒子获得的最大动能与电压的大小有关
B．重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫核裂变的链式反应
C．汤姆孙通过研究阴极射线精确测定出电子所带的电荷量
D．康普顿效应说明光具有波动性
10．关于近代物理，下列说法错误的是( )
A．粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构
B．轻核聚变反应方程中，X表示中子
C．分别用黄光和蓝光照射金属钾表面均有光电子逸出，蓝光照射时，逸出的光电子的最大初动能较小
D．大量基态的氢原子吸收光子跃迁到n＝3激发态后，能发射出3种频率的光子
11．最近日本计划向太平洋中倾倒核废水的消息在世界上引起一片哗然，因为核废水中含有对人类和海洋生物有害的放射性同位素氚、碳-14及其它放射性物质。下列有关说法中正确的是（　　）
A．当一种放射性元素与其他元素形成化合物后，这种元素的半衰期会改变
B．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定等于两个轻核的质量和
C．衰变中释放的射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
D．铀核（）经过4次衰变和2次衰变，将会衰变为氡核（）
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也是不连续的
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
13．以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是
A．光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关
B．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损
D．自然界中含有少量的14C , 14C具有放射性，能够自发地进行β衰变，因此在考古中可利用14C来测定年代
14．下列说法正确的是（　　）
A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量
B．根据波尔理论，电子是没有确定的轨道，只存在电子云
C．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时会释放出能量
D．黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移动
15．2020年12月17日，携带“月壤”的“嫦娥五号”返回器成功着陆。“月壤”中的氦-3是目前为止最理想的核聚变能源，它是一种高效、清洁、安全的核燃料，其参与的一种核反应为，其中辐射出一个光子。已知质子、氦-3、氦-4的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为，则下列说法正确的是（　　）
A．的比结合能比的小
B．目前核电站使用的核燃料是
C．辐射出的光子的能量
D．辐射出的光子的波长
二、填空题
16．若核实验的核原料是，则
（1）完成核反应方程式_______
（2）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，1 u相当于931.5 MeV的能量，则一个原子核裂变释放的能量为________MeV。（小数点后保留一位）
17．2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图所示。
（1）核电站是利用___________能来发电的，其能量是原子核发生了核____________（选填“裂变”或“聚变”）产生的；
（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染中。如图2中A、B、C中是核辐射标志的是___________；
（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，这是用_________的方法来改变内能的。
18．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程__________，并计算1g氢核完成这个反应后释放出________能量（1 g氢核即1 mol所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个）。
19．补全下列三个方程中，并在括号内写出核反应的类型
①__________,_________.
②__________; ______________
③__________, __________ .
三、综合题
20．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。若已知两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核。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。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0.35MeV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氢核的动能。
21．在一核反应堆中，用石墨作为减速剂使快中子减速。已知的质量是中子的12倍，中子与碳原子核的每次碰撞都视为弹性正碰，并且假定碰撞前是静止的。
(1)设碰撞前中子的动能是，经过一次碰撞后，中子损失的能量是多少？
(2)至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于？
22．已知中子的质量，质子的质量，氘核的质量。写出中子、质子结合成氘核的核反应方程并求氘核的结合能。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
β衰变生成电子，新原子核的质量数不变，而核电荷数增加1个；由此分析可知，B是β衰变，A是核裂变方程，D有α粒子产生，是α衰变，C是人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，故B正确，ACD错误。
2．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．
3．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。
4．B
【详解】
A．光电效应现中，金属的逸出功是金属的故由属性，和照射光的频率无关，故A错误；
B．一群氢原子处在n＝4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出光子数
故B正确；
C．式中17.6MeV是核反应过程中放出的能量，并非结合能，故C错误；
D．卢瑟福在用a粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出原子核式结构学说，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．A反应是原子核的人工转变方程，A错误；
B．B反应放出的是负电子，则是β衰变方程，B正确；
C．C反应是轻核的聚变反应，C错误；
D．D反应放出的是正电子，不是β衰变方程，D错误。
故选B。
6．B
【详解】
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大核能。
故选B。
7．B
【详解】
A反应中x是中子，是重核裂变反应；B反应中x是He是轻核聚变反应；C反应中x是正电子；D反应中x是He，是原子核的人工转变方程。
故选B。
8．B
【详解】
A．卢瑟福首先用a粒子轰击N， 生成O， 并产生了质子，A错误；
B．在一次α衰变中减少两个质子、两个中子，一次β衰变中原子核中一个中子转变为一个质子并放出一个电子，因此经4次α衰变，2次β衰变后，现核与原来原子核相比较一共减少了10个中子，B正确；
C．中子流、β射线、γ射线都是原子核受激发而产生的； X射线是原子内层电子受激发产生的； C错误；
D．镉可以吸收中子，核电站一般经改变镉棒插入的深度，改变吸收中子数目来控制核反应剧烈程度，D错误。
故选B。
9．B
【详解】
A．设D形盒的半径为R，磁感应强度为B，粒子的电荷量为q，质量为m，能达到的最大速度为vm，根据牛顿第二定律有
解得粒子获得最大动能为
可见Ekm与B和R有关，与U的大小无关，故A错误；
B．重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫核裂变的链式反应，故B正确；
C．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，密立根通过油滴实验精确测定出电子所带的电荷量，故C错误；
D．康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A、α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构模型，故A正确；
B、根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0，所以X是中子，故B正确；
C、由于蓝光的频率比黄光的频率高，根据光电效应方程，分别用黄光和蓝光照射金属钾表面均有光电子逸出，蓝光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大，故C错误；
D、氢原子吸收光子的能量跃迁到n=3的激发态后，向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射种波长不同的光，故D正确；
说法错误的故选C．
11．D
【详解】
A．放射性元素衰变的快慢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，故A错误；
B．两个轻核发生聚变反应，释放巨大能量，质量发生亏损，产生的新核的质量小于两个轻核的质量和，故B错误；
C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，不是来自核外电子，，故C错误；
D．铀核（）经过4次衰变和2次衰变， 质量数变为
核电荷数变为
将会衰变为氡核（），故D正确。
故选D。
12．C
【详解】
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．故A错误．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． 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也是不连续的，故C正确；图丁：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．故D错误． 故选C．
13．AD
【详解】
根据光电效应方程知，，知遏止电压与入射光的频率有关．故A正确．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核不一定越稳定，故B错误．裂变和聚变过程都有质量亏损，释放能量．故C错误．半衰期是固定不变的，故在考古中可利用来测定年代，故D正确；故选AD．
14．AD
【详解】
A、一个质子和一个中子结合成氘核，存在质量亏损，一定会释放出能量;故A正确；
B、根据波尔理论的内容可知，电子有确定轨道;故B错误；
C、比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成;故C错误；
D、根据黑体辐射的特点可知，黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移动;故D正确.
15．AD
【详解】
A．核反应生成，同时释放巨大能量，则的比结合能比的小，故A正确；
B．目前核电站使用的核燃料是和，故B错误；
C．由质能方程可知辐射出的光子的能量为
故C错误；
D．由及得，光子的波长
故D正确。
故选AD。
16． 140.4
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒可知未知生成物为。
（2）根据质能方程可得一个原子核裂变释放的能量为
17． 核 裂变 C 热传递
【详解】
（1）核电站是利用核能来发电的，其能量是原子核发生了核裂变产生的；
（2）如图2中C是核辐射标志；
（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，这是用热传递的方法来改变内能的。
18．
【详解】
核反应方程为
1g氢可发生聚变的次数为
故释放的总能量为
19． ； 重核裂变； ； 轻核裂变； ； 人工转变；
【详解】
根据方程式前后守恒即可推算，①；属于重核裂变；②；属于轻核聚变；③；属于人工转变方程．
20．（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）设和的动量分别为和，根据动量守恒定律得
可得和大小相等，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

21．（1）；（2）
【详解】
（1）设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为M0，二者碰撞后的速度分别为：v1、v，碰撞过程动量守恒、机械能守恒，以中子和碳核组成的系统为研究对象，以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
得
碰撞一次，中子的动能损失为
（2）中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能为
同理经过第二次碰撞后，中子剩余的动能为
第n次碰撞后中子剩余的动能为
第n次碰撞后中子剩余的动能为
有
解得
次
22．；
【详解】
该核反应方程为
中子和质子结合成氘核的质量亏损
中子和质子结合成氘核释放的能量，即氘核的结合能
核物理中常用eV作为能量单位，根据，可得氘核的结合能
答案第1页，共2页