5.4核裂变和核聚变 综合训练（Word版含解析）

5.4核裂变和核聚变
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．铀核裂变的核反应方程式是
B．核反应方程式 中X是正电子
C． 衰变成 要经过8次 衰变和6次 衰变
D．原子核的质量越大，比结合能就越小
2．下列关于近代物理学的现象中描述正确的是（　　）
A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象揭示了光具有波动性
B．a粒子散射实验的重要发现使人们认识到原子具有核式结构
C．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减小
D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
3．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系，下列与原子核有关的说法正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
C．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要吸收核能
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
4．2020年12月8日，月表最强“打工人”嫦娥四号迎来从地球出发两周年纪念日。已知嫦娥四号上有一块备用的核燃料电池，能在夜里为其提供动力，核燃料为 ， 核的核反应式为 ，已知 核、 核以及 核的质量分别为 、 、 。则下列说法正确的是（　　）
A． 核比 核多四个中子
B．该反应释放的核能为
C．该核反应的类型为 衰变
D．该核反应的速度随处环境的压强和温度的变化而发生改变
5．下列说法中正确的是（　　）
A．卢瑟福做 粒子散射实验时发现了质子
B．氢原子辐射出光子后，电子的动能变大
C． U衰变成 Pb要经过5次 衰变和4次β衰变
D．一个质子和一个中子聚变成一个氘核，核反应前后质量相等
6．关于核反应方程 ，下列说法正确的是（　　）
A．此核反应方程中的X代表的粒子为氢原子核
B．通过降低温度的方法，一定能缩短 的半衰期
C．此核反应释放能量
D．此核反应方程属于β衰变，β粒子是 核外的电子电离形成的
7．我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电。该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂。则（　　）
A．铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等核，同时放出中子
B．裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能
C．石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度
D．可用铀238替代铀235作为核燃料
8．关于近代物理知识的描述中，下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
B．在 核反应中，X是质子，这个反应过程为 衰变
C．氢原子的核外电子从低轨道跃迁到髙轨道时，电子的动能减少，原子的电势能增大
D．当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用红外线照射也一定会有电子逸出
9．一个 核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 ＋ ―→ ＋ ＋2 ，则下列叙述正确的是(　　)
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
10．钍核 经过6次 衰变和4次 衰变后变成铅核，则（　　）
A．铅核的符号为 ，它比 少8个中子
B．铅核的符号为 ，它比 少16个中子
C．铅核的符号为 ，它比 少16个中子
D．铅核的符号为 ，它比 少12个中子
11．下列核反应方程中，属于轻核聚变的是（　　）
A． B．
C． D．
12．“两弹-星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（　　）
A．
B．
C．
D．
13．一个铍原子核（ ）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（ ），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为 已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核（ ）获得的动能约为0.86MeV
C．中微子与锂核（ ）的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核（ ）的能量之和等于反应前电子的能量
14．核聚变能释放大量的核能，一种核聚变的反应方程为呈 ，关于该方程，下列说法正确的是（　　）
A．X射线的电离本领比 射线强
B．X核的比结合能小于氘核的比结合能
C．X核子与中子的质量之和大于氘、氚两核子的质量之和
D．该核反应需要巨大的能量克服氘、氚核子间的库仑斥力
15．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放 射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射 射线，下列说法正确的是（　　）
A．碘131释放的 射线由氦核组成， 衰变的方程是
B．碘131释放的 射线是电子流， 衰变的方程是
C．与铯137相比，碘131衰变更慢，且铯133和铯137含有相同的质子数
D．铯137衰变时辐射出的 光子能量大于可见光光子能量
二、填空题
16．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方式，其中一种可表示为： ＋ ―→ ＋ ＋3 。
已知 的原子质量为235.043 9u， 的原子质量为1.008 7u， 的原子质量为138.917 8u， 的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是　 　MeV。
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．某核反应过程中产生了一种新的原子核X，反应方程为 He + N→ O+ X，将该方程配平后，可知它的质量数m为　 　电荷数n为　 　
19．一个铀核（ ）放出一个粒子后衰变成钍核（ ），其衰变方程为　 　，已知静止的铀核、钍核和粒子的质量分别为 、 、和 ，真空中的光速为c，上述衰变过程中释放出的核能为　 　。
三、综合题
20．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为∶
①
②
（1）写出原子核X的元素符号、质量数和核电荷数；
（2）已知原子核 、 、 的质量分别为 ， ， 。 相当于 。试求每发生一次上述聚变反应①所释放的核能； 结果保留三位有效数字
（3）用上述辐射中产生的波长为 的单色光去照射逸出功为 金属材料铯时，通过计算判断能否产生光电效应？若能，试求出产生的光电子的最大初动能（普朗克常量 ，光在空气中的速度 ）（结果保留三位有效数字）
21．核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。请解答以下问题，计算结果保留两位有效数字。
（1）核反应堆中的“燃料”是，请完成核反应方程式：；(　　)( )
（2） 铀核的质量为，中子的质量为，锶（）核的质量为，氙（）核的质量为，为，浓缩铀中铀235的含量占。求一座100万千瓦的核电站每年（）大约需要多少吨浓缩铀？
22．用中子轰击锂核( )发生核反应，产生氚和 粒子并放出4.8MeV的能量．
（1）写出核反应方程式；
（2）求上述反应中的质量亏损为多少(保留两位有效数字)；
（3）若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则 粒子和氚的动能之比是多少？
23．某实验室工作人员，用初速度v0＝0.09c(c为真空的光速)的α粒子，轰击静止的氮原子核 ，产生了质子 ，若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1:20，已知质子质量为m.
（1）写出核反应方程；
（2）求出质子的速度v.
答案部分
1．B
【解答】A．铀核裂变的核反应方程式是 ，A不符合题意；
B．核反应方程式 ，计算可得 ，为正电子，B符合题意；
C． 衰变成 过程中， 衰变一次，质量数减少4，次数
衰变次数
C不符合题意；
D．在原子核种，比结合能越小，表示原子核中核子结合的越不牢固，与原子核的质量无关，D不符合题意。
故答案为：B。
2．B
【解答】A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象为光电效应现象，揭示了光具有粒子性，A不符合题意；
B．a粒子散射实验的重要发现使人们认识到原子具有核式结构，B符合题意；
C．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大，C不符合题意；
D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，D选项错误。
故答案为：B。
3．D
【解答】平均结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关。A不符合题意。根据光电效应方程 可知，光电子的最大初动能与光的强度无关，所以增大 射线强度不能增大光电子逸出的最大初动能。B不符合题意。由图象可知，A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，C不符合题意。在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度， D符合题意。
故答案为：D
4．C
【解答】AC．根据核反应遵循质量数守恒与电荷数守恒可知
解得
即核反应方程为
该核反应为 衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，故中子数减少2，A不符合题意，C符合题意；
B．此核反应过程中亏损的质量为
核反应的过程中释放的能量
B不符合题意；
D．放射性元素的半衰期不受外界环境的影响，即该核反应的速度与所处的压强和温度等均无关，D不符合题意。
故答案为：C。
5．B
【解答】A．卢瑟福用 粒子轰击氮核时发现发现了质子，A不符合题意；
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减 小，核外电子匀速圆周运动
所以
因此r减小动能增大，B符合题意；
C．设发生x次 衰变，y次 衰变，衰变方程为
则
解得
又
得
C不符合题意；
D．一个质子和一个中子聚变成一个氘核为轻核聚变反应，一定是释放核能的过程，有质量亏损，D不符合题意。
故答案为：B。
6．C
【解答】A．由电荷数守恒与质量数守恒可知X的质量数为4，电荷数为2，核反应方程为
所以此核反应方程中的X代表的粒子为α粒子，A不符合题意；
B．半衰期与外界的温度等条件无关，B不符合题意；
CD．此反应是α衰变，由于发生质量亏损释放能量，C符合题意，D不符合题意；
故答案为：C。
7．B
【解答】A．铀235的核裂变必须要有中子轰击才能分裂成两个中等核，同时放出多个中子，A不符合题意；
B．裂变因为放出核能，有质量亏损，则产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能，B符合题意；
C．慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，C不符合题意；
D．反应堆以铀235为裂变燃料，而在天然铀中占99%的铀238不能被利用，则不可用铀238替代铀235作为核燃料，D不符合题意。
故答案为：B。
8．C
【解答】A．比结合能越大的原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，A不符合题意；
B．在核反应方程中
根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是质子，这个反应过程为原子核的人工转变，B不符合题意；
C．氢原子的核外电子吸收能量后从低轨道跃迁到髙轨道时，电子的动能减少，电势能增大，C符合题意；
D．蓝色光的光子能量大于红色光的光子能量，根据光电效应方程
当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用红外线照射不一定有电子逸出，D不符合题意。
故答案为：C。
9．A
【解答】X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误．
10．C
【解答】经过1次α衰变电荷数少2，质量数少4，经过1次β衰变，电荷数增1，质量数不变；则钍核 经过6次α衰变和4次β衰变后电荷数少8，质量数少24，为 ，质量数等于质子数加中子数，则中子数少16，C符合题意，ABD不符合题意；
故答案为：C。
11．A
【解答】A． 为轻核聚变，A符合题意；
B．铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程为 ，B不符合题意；
C． 是人工转变，C不符合题意；
D． 是人工转变，D不符合题意。
故答案为：A。
12．B,D
【解答】A.是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程式，则A不符合题意；
B.是原子弹爆炸裂变反应方程式，B符合题意；
C.是α衰变方程，C不符合题意；
D.是氢弹爆炸聚变反应方程式，D符合题意
故答案为：BD
13．A,C
【解答】反应方程为 ，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A符合题意；根据质能方程，质量减少 ，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B不符合题意；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（ ）的动量之和等于反应前电子的动量，C符合题意；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（ ）的能量之和小于反应前电子的能量，D不符合题意．
故答案为：AC
14．A,D
【解答】A．由核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒，可知X是 粒子，其射线是 射线，电离本领比 射线强，A符合题意；
B．比结合能越大，原子核越稳定，X的比结合能大于氘核的比结合能，B不符合题意；
C．由于核聚变时释放能量，质量亏损，所以X核子与中子的质量之和小于氘、氚两核子的质量之和，C不符合题意；
D．要使该核反应发生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之间的库仑斥力，通常需要把它们加热到很高的温度，D符合题意。
故答案为：AD。
15．B,D
【解答】AB． 射线实际是电子流，根据核反应电荷数守恒，质量数守恒可得衰变方程为 。A不符合题意，B符合题意；
C．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘131的半衰期为8天，铯137半衰期为30年，碘131衰变更快；同位素是具有相同的质子数和不同的中子数的元素，故铯133和铯137含有相同的质子数，C不符合题意；
D． 射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光的能量，D符合题意。
故答案为：BD。
16．1.8×102
【解答】ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102MeV＝1.8×102MeV。
17．；17.6
【解答】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；1
【解答】由核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数m为：4+14-17=1；电荷数n为：2+7-8=1.
19．；
【解答】根据电荷数和质量数守恒得到衰变方程为
根据爱因斯坦质能方程
20．（1）解：根据 核反应前后电荷数守恒可得出 元素的电荷数为 ，根据核反应前后质量数守恒可得出 元素的质量数为 ，则 为 原子核， 。
（2）解：根据爱因斯坦质能方程得
代入数据，解得
（3）解：根据波长和能量的关系有
计算有
所以能发生光电效应。
由最大初动能的计算式有
计算有
21．（1）38；136
（2）核反应的质量亏损是
根据爱因斯坦质能方程，每个发生裂变释放的能量为
一座100万千瓦的核电站每年产生的电能为
设需要浓缩铀中铀235的质量为m，总个数为N
由能量守恒得
代入数据解得
所以大约需要27吨浓缩铀。
【解答】(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得，核反应方程式为
22．（1）解：根据质量数和电荷数守恒可得
（2）解：质量亏损为
（3）解：设m1、m2、v1、v2分别为氦核、氚核的质量和速度，由动量守恒定律得 ；
氦核、氚核的动能之比
23．（1）解: ＋ → ＋
（2）解:设α粒子、新核质量分别为4m、17m，质子速度为v
由于对心碰撞，满足动量守恒，故4mv0＝17m ＋mv
解得v＝0.20c