7.4裂变与聚变 综合训练（Word版含答案）

7.4裂变与聚变
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是 (　　)
A．卢瑟福α粒子散射实验表明原子存在中子
B．外界温度越高，放射性元素的半衰期越短
C．核聚变反应方程H＋H→He＋A中，A表示质子
D．U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生6次β衰变
2．下列说法正确的是（ ）．
A．一重原子核进行α衰变后,其衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
B．β衰变时β射线是原子核外的电子释放出来的
C．能使某种金属发生光电效应的最小频率叫该种金属的截止频率(又叫极限频率),不同金属对应着相同的极限频率
D．链式反应中,重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是质子
3．关于原子和原子核，下列说法正确的是
A．原子核能发生衰变，说明原子核内部存在电子
B．使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．若中子和质子结合成氘核质量亏损为则放出的，光子的波长为
D．按照玻尔理论，大量氢原子从能级向低能级跃迁时辐射出的光中，最容易发生衍射的光是由能级跃迁到能级产生的
4．2020年12月4日，新一代先进磁约束核聚变“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（，如图）在成都建成并实现首次放电，这是我国核聚变发展史上的重要里程碑。已知氘核、氚核核聚变反应为，下列说法正确的是（　　）
A．该轻核聚变核反应方程中X为
B．一张A4纸质就能挡住由X粒子构成的射线
C．放射性元素的半衰期与该元素原子所处的化学状态、外部条件有直接关系
D．结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定
5．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3( He)”的化学元素．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将能为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(He)”核与氘核的反应，下列说法中正确的是
A．核反应方程式为He＋H→He＋H
B．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量
C．“氦3(He)”一个核子的结合能大于“氦4(He)”一个核子的结合能
D．“氦3(He)”的原子核与一个氘核发生裂变将放出能量
6．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置“中国环流器二号M”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是通过发生核聚变释放核能而发电。下列说法正确的是（　　）
A．x粒子的质子数等于中子数
B．上述核反应也叫热核反应，是核电站的“核反应堆”中发生的核反应
C．He原子核的比结合能大于H原子核的比结合能
D．核反应中释放的核能是由亏损的质量转化而来的
7．重核裂变的一个核反应方程为，已知、、的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则（　　）
A．该核反应方程中x=3
B．的中子数为143
C．该核反应中质量增加
D．的比结合能比小，比更稳定
8．新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL－2M）已于2020年12月4日在成都建成并实现首次放电，标志着我国可控核聚变事业向世界水平迈进。已知“HL－2M”发生的可控核聚变方程是，的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，X的质量为m4，真空中光的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A．方程中的X是质子
B．方程中的X是正电子
C．的比结合能大于的比结合能
D．发生一次该反应，释放的核能大小为
9．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：
B．铀核裂变的核反应方程是：
C．汤姆孙首先提出了原子核结构学说
D．在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越牢固
10．下列关于核力与核能的说法正确的是（　　）
A．核力是引起原子核β衰变的原因
B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量
C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用
D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
11．太阳每秒释放的能量是92千万亿吨TNT当量，折合能量约。如果该能量为核反应产生的，已知光在真空中速度，则每秒钟太阳的质量亏损约为（　　）
A． B． C． D．
12．居里夫妇发现了镭的放射性。真空中一个静止的镭原子核经一次衰变后变成一个新核，衰变方程为，下列说法正确的是（　　）
A．若镭元素的半衰期为，则经过的时间，8个核中有4个已经发生了衰变
B．若镭元素的半衰期为，则经过的时间，的核中有已经发生了衰变
C．衰变后核的质量与粒子的质量之和等于衰变前镭核的质量
D．衰变后核的动量与粒子的动量相同
13．下列说法正确的是( )
A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并升高其温度，增加压强，它的半衰期也不会发生改变
E．两个质量较轻的原子核聚变成一个中等质量的原子核必然释放核能
14．下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素的半衰期是针对大量原子核的统计规律
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
E．天然放射现象的发现揭示了原子有复杂的结构
15．太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自于聚变反应，在聚变反应中，一个质量为1876.1 MeV/c2（c为真空中的光速）的氘核（H）和一个质量为2809.5 MeV/c2的氚核（H）结合为一个质量为3728.4 MeV/c2的氦核（He），并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是
A．X粒子是中子
B．X粒子的质量为939.6 MeV/c2
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4×10 kg
D．地球每秒接收到太阳辐射的能量约4×1026 J
二、综合题
16．用速度一定的中子轰击静止的锂核()，发生核反应后生成氚核和α粒子，则核反应方程为________；生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，α粒子的速度为v，氚核与α粒子的速率之比为7：8，已知质子、中子质量均为m，光速为c，核反应过程中放出的能量全部转化为氚核和α粒子的动能，则中子的初速度v0=________，此反应过程中质量亏损为________．
17．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：.
①若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，的质量为m4，则这个反应释放的核能=_______ .
②若已知的平均结合能是2.78MeV，的平均结合能是1.09MeV，的平均结合能是7.03MeV， 则这个反应释放的核能=_______MeV．（结果保留三位有效数字）
18．科学家们研究出了一种能使铀238变成高效燃料，从而使核燃料越烧越多的“魔炉”——快中子增殖反应堆、该型反应堆中使用的核燃料是钚239，它裂变并释放出快中子，被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239，铀239极不稳定，经过两次β衰变后变成钚239。请据此回答下列问题。
（1）请解释快中子增殖反应堆燃料增殖的秘密。
（2）根据材料中提供的信息，写出相关的核反应方程，并指明核反应类型。
19．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核（），发生核反应后生成氚核和α粒子。生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看成m，光速为c。
（1）写出核反应方程；
（2）求氚核和α粒子的速度大小；
（3）若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。
20．钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U和α粒子，而铀核激发态U立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097MeV的γ光子，已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu=239.0521u、mU=235.0439u和mα=4.0026u，1u=931MeV，衰变放出的光子的动量可忽略。
（1）写出核反应方程；
（2）将衰变产生的U和α粒子垂直射入磁感应强度为B的同一匀强磁场，求U和α粒子圆周运动的半径之比；
（3）求α粒子的动能（只列关键步骤的式子，不要求准确计算）。
21．光子被电子散射时，如果初态电子具有足够的动能，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射. 当低能光子与高能电子发生对头碰撞时，就会出现逆康普顿散射. 已知电子静止质量为，真空中的光速为. 若能量为的电子与能量为的光子相向对碰（计算中有必要时可利用近似：如果，有）
（1）求散射后光子的能量
（2）求逆康普顿散射能够发生的条件
（3）如果入射光子能量为2.00eV，电子能量为，求散射后光子的能量. 已知．.
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
卢瑟福α粒子散射实验确定了原子核核式结构理论，选项A错误；放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项B错误；核聚变反应方程中A的电荷数为0，质量数为2+3-4=1，故A表示中子，选项C错误；原子核衰变为一个原子核的过程中设经过m次α衰变，n次β衰变，则有：4m=32，2m-n=10，解得：m=8，n=6．选项D正确；故选D.
2．A
【详解】
一重原子核进行α衰变后，因放出核能，则其衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故A正确；β衰变时β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；能使某种金属发生光电效应的最小频率叫该种金属的截止频率(又叫极限频率),不同金属对应着不同的极限频率，选项C错误；链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是中子，选项D错误.
3．D
【详解】
A、衰变反应发生在原子核内部，原子核由质子和中子组成，发生β衰变时一个中子变为质子并释放一个电子，故A错误；
B、放射性物质半衰期是由元素本身决定的，不随外界条件的改变而变化，故B错误；
C、由爱因斯坦质能方程E＝mc2=hf和波的基本方程v＝λf 计算可得辐射光子的波长为 ，故C错误；
D、衍射现象发生的条件是光的波长要不小于障碍物或是孔的尺寸，波长越大的光越容易发生衍射现象，即频率越低的光越容易发生衍射，综合玻尔理论可知n＝6能级跃迁到n＝5能级产生的光子频率最低，波长最长，故D正确．
4．B
【详解】
A．，由此可知，X就是氦原子核，并不是同位素，故A错误；
B．由它构成的射线，穿透能力很弱，一张纸就能挡住，故B正确；
C．放射性元素的半衰期由该原子自身决定，与外界因素无关，选项C错误；
D．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项D错误。
故选B。
5．A
【详解】
分析：对于A选项，只有记住，没有别的途径．由于质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故一个生成物的核子的结合能大于一个反应物的核子的结合能．由于轻核的聚变释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知生成物的质量小于反应物的质量．
解答：解：A、该选项中的核反应方程就是He和H的核聚变的方程，在生成He和H的同时释放大量的能量．故A正确．
B、由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2，可知生成物的质量小于反应物的质量．故B错误．
C、质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故一个生成物核子的结合能大于一个反应物的核子的结合能．故C错误．
D、由于质量中等的核结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量．故D错误．
故选A．
6．C
【详解】
A．由核聚变过程电荷数、质量数守恒可知，x粒子是中子，电荷数为零，中子数是1，A错误；
B．核电站中发生的核反应是核裂变，不是核聚变，B错误；
C．核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，因此He原子核的比结合能大于H原子核的比结合能，C正确；
D．质量不能转化成能量，D错误。
故选C。
7．B
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒可知
解得
A错误；
B．的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143， B正确；
C．发生重核裂变，会有质量亏损，C错误；
D．比结合能越大，表示原子越稳定，D错误。
故选B。
8．C
【详解】
AB．由质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数是0，质量数是1，故X为中子，故AB错误；
C．因反应放出能量，故比更稳定，即的比结合能大于的比结合能，故C正确；
D．发生一次该反应，释放的核能大小为，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】
A：卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：，故A正确
B：铀核裂变的核反应方程是：，故B错误
C：卢瑟福首先提出了原子核式结构学说，故C错误
D：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．
在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越牢固．故D错
10．B
【详解】
A．弱相互作用是引起原子核衰变的原因，故A错误；
B．核子结合成原子核时释放能量，发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确；
C．核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故C错误；
D．原子核的平均结合能越大，原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。
故选B。
11．B
【详解】
根据爱因斯坦质能方程可得
有
故选B。
12．B
【详解】
A．半衰期是对大量原子核的统计规律，少量放射性元素的衰变时一个随机事件，对于8个放射性元素，无法准确预测其衰变的个数，故A错误；
B．根据半衰期公式，经过时间，2kg的核剩余
即有已经发生了衰变，故B正确；
C．镭原子核在衰变过程中，会放出能量，存在质量亏损，导致衰变后核的质量与粒子的质量之和小于衰变前镭核的质量，故C错误；
D．衰变后核的动量与粒子的动量大小相等，方向相反，故D错误。
故选B。
13．BDE
【详解】
A．汤姆生发现了电子，表明原子是可以分割的，故A错误；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，故B正确；
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太低，而波长太长，故C错误；
D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并升高其温度，增加压强，但它的半衰期仍不会发生改变，因为半衰期与外界因素无关，故D正确；
E．两个质量较轻的原子核聚变成一个中等质量的原子核要发生质量亏损，释放核能，故E正确。
故选BDE。
14．ABD
【详解】
A.放射性元素半衰期的统计是针对大量原子核的统计规律，选项A正确；
B.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B正确；
C.太阳辐射的能量来源于其内部热核反应，即聚变反应，选项C错误；
D.根据玻尔理论，氢原子核外电子由半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子电势能增大，电子动能减小，但整个原子的能量增大，选项D正确；
E.天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构，选项E错误．
15．AB
【详解】
A．由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， A正确；
B．根据能量关系可知
解得
B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
C错误；
D．因为太阳太阳每秒放出的能量
而地球每秒接收到太阳辐射的能量小于4×1026 J，D错误。
故选AB。
16．
【详解】
试题分析： 根据质量数守恒和电荷数守恒，可写出核反应方程为．根据动量守恒mv0=-3m×v+4mv，可得中子的初速度为v0=v；氚核和α粒子的总动能E1= （v）2+v2=mv2，释放的核能ΔE=E1-mv02=mv2，质量亏损．
17． 17.6
【详解】
①该方程的质量亏损为△m=m1+m2-m3-m4，
根据爱因斯坦质能方程：△E=△mc2=（m1+m2-m3-m4）c2．
②聚变反应前 和的总结合能为：
E1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV
反应后生成的氦核的结合能为：
E2=7.03×4MeV=28.12MeV
所以反应释放的核能△E=E2-E1=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV
18．(1)见解析；(2)见解析。
【详解】
(1)钚239裂变并释放出快中子，被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239，铀239极不稳定，经过两次β衰变后变成钚239。这样的过程周而复始，从而使核燃料越烧越多。
(2) 钚239裂变的核反应方程
铀238吸收中子的核反应方程(原子核的人工转变)
铀239经过两次β衰变后变成钚239
19．（1）；（2），；（3）
【详解】
（1）根据质量数守恒与电荷数守恒，则有核反应方程为
（2）由动量守恒定律得
mnv=-mHv1＋mHev2
由题意得
v1∶v2=7∶8
解得
v1=
v2=
（3）氚核和α粒子的动能之和为
释放的核能为
ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2
由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）核反应方程
（2）衰变过程满足动量守恒
带电粒子在磁场中做圆周运动
解得
和α粒子圆周运动的半径之比
（3）核反应过程中的质量亏损
结合质能方程
和能量守恒定律可知，核反应过程中转化为粒子动能的总能量
即
根据动能和动量的关系
得
则α粒子的动能
21．（1）（2） 或 （3）
【详解】
1. 设碰撞前电子、光子的动量分别为（）、（），碰撞后电子、光子的能量、
动量分别为. 由能量守恒有
(1)
由动量守恒有
(2)
光子的能量和动量满足
， (3)
电子的能量和动量满足
(4)
由(1)、(2)、(3)、(4)式解得
(5)
2. 由(5)式可见，为使, 需有
即
或 (6)
注意已设、.
3. 由于, 因此有
. (7)
将(7)式代入(5)式得
. (8)
代入数据，得
eV . (9)
答案第1页，共2页