5.5 裂变和聚变
一、单选题
1.关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的有( )
A.是衰变
B.是轻核聚变
C.是β衰变
D.是重核裂变
2.关于核反应的类型,下列表述正确的有( )
A.是衰变
B.是衰变
C.是γ衰变
D.是裂变
3.2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖,大多数粒子发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、衰变等,下列关于核反应的说法正确的是( )
A.衰变为,经过3次衰变,2次衰变
B.是衰变,是衰变
C.是重核裂变方程,也是氢弹的核反应方程
D.高速运动的粒子轰击氮核可以从氮核中打出中子,其核反应方程为
4.下列核反应方程与核反应类型对应正确的是( )
A.人工核转变
B.衰变
C.核聚变
D.核裂变
5.中科院的可控核聚变装置“人造太阳”全超导托卡马克,成功实现了1.2亿摄氏度的条件下人工可控核聚变101秒。已知该装置内部发生的核反应方程为,已知的质量为m1,的质量为m2,的质量为m3,X的质量为m4.光速为c,则下列说法正确的是( )
A.X为正电子
B.比更稳定
C.的结合能为
D.高温的作用是使原子核获得足够大的动能克服强相互作用实现核聚变
6.下列说法正确的是
A.光电效应现象表明,光具有波动性
B.α粒子散射实验表明,原子中有一个很小的核
C.氢原子从高能级向低能级跃迁时,可以放出任意频率的光子
D.一个质子和一个中子结合成氘核,氘核的质量等于质子与中子的质量和
7.我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于2019年9月29日获颁“共和国勋章”,核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程(其中为释放出的核能)。下列说法正确的是( )
A.该核反应属于原子核的衰变
B.核反应方程式中
C.的比结合能
D.核的比结合能小于核的比结合能
8.科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X+Y→++4.9 MeV和,下列表述正确的有( )
A.X是电子
B.Y的质子数是3,中子数是6
C.两个核反应都没有质量亏损
D.氘和氚的核反应是核聚变反应
二、多选题
9.与原子核相关的下列说法正确的是( )
A.现有4个放射性元素的原子核,经2个半衰期后还有一个未衰变
B.核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度
C.放射性射线其实质是高速中子流,可用于医学的放射治疗
D.经过4次衰变,2次衰变,新核与原来的原子核相比,中子数少了10个
10.关于近代物理,下列说法正确的是( )
A.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
B.核聚变反应方程,表示质子
C.α射线是高速运动的氦原子
D.由玻尔的原子模型可推知,处于激发态的氢原子,量子数越大,核外电子动能越小
11.自然界中的碳主要是12C,也有少量14C.14C是高层大气中的12C原子核在太阳射来的高能粒子流作用下产生的.14C具有放射性,能够自发地进行β衰变,变成氮,半衰期为5730年.由于14C在大气中的含量稳定,活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素,其体内14C的比例大致与大气中相同.当植物枯死后,其遗体内的14C,仍在衰变,但不能得到补充,故可以根据其放射性强度减少情况,推测植物死亡时间.关于14C,下列说法正确的是( )
A.14C的衰变方程为:
B.衰变前14C的质量等于衰变后氮与电子的质量之和
C.14C的β衰变从本质上来说,属于核裂变的一种
D.对相同质量古木和现代植物的碳提取样品分析,若每分钟古木衰变次数是现代植物的一半,说明该古木大约存活于5730年前的时代.
12.以下为两个核反应式:(1);(2),已知氘核的质量为ml,氚核的质量为m2,氦核的质量为m3,X的质量为m4,核反应中发射一种光子,该光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子速度为v,已知光电子的质量为m,光速为c,普朗克常量为h,则下列说法正确的是( )
A.X与Y相同
B.方程(1)是核聚变反应,方程(2)是α衰变
C.光电子的德布罗意波长为
D.光子来源于原子核外电子的能级跃迁,它的频率为
三、解答题
13.皮埃尔·居里在1903年说:“人类从未来的发现所得到的好处将比坏处更多。”卢瑟福在1915年说:“我希望人们在学会和平相处之前,不要释放镭的内部能量。”两位科学家的意见是互为对照的。结合本节内容,请说说你的看法。
14.2009年底的哥本哈根会议后各国更加重视新能源的开发,其中核能具有能量密度大,地区适应性强的优势。在核电站中,核反应堆释放的核能被转化成电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量的核能。。
(1)以上的核反应方程是反应堆中发生的许多核反应中的一种,为中子,为待求粒子,为的个数,则和为多少?
(2)以、、分别表示、、核的质量,、分别表示中子、质子的质量,为光在真空中传播的速度,则上述核反应过程中放出的核能。
15.假设每个铀发生核裂变时平均释放,则铀在裂变中所释放的能量是多少?三峡电站年均发电量,如果要建一座年发电量与三峡电站相同的核电站,则它每年要消耗多少铀?
参考答案:
1.B
【详解】A.该衰变方程书写有误,应是,属于衰变。故A错误;
B.轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应。故B正确;
C.是原子核的人工转变。故C错误;
D.是β衰变。故D错误。
故选B。
2.B
【详解】A.β衰变放出电子,此核反应类型是人工转变,故A错误。
B.α衰变放出氦原子核,此核反应是α衰变,故B正确。
C.轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应称聚变反应,此核反应是聚变反应,故C错误;
D.是β衰变,故D错误。
故选B。
3.A
【详解】A、在α衰变的过程中,电荷数少2,质量数少4,在β衰变的过程中,电荷数多1,设经过了m次α衰变,则:,所以m=3;折经过了n次β衰变,有:,所以n=2,故A正确;
B、核反应方程是轻核的聚变,中放射出电子,是β衰变方程,故B错误;
C、是重核裂变方程,也是原子弹的核反应方程.故C错误;
D、高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,其核反应方程为,故D错误;
故选A.
【点睛】解决本题的关键知道α衰变和β衰变的实质,知道在α衰变的过程中,电荷数少2,质量数少4,在β衰变的过程中,电荷数多1,质量数不变.
4.C
【详解】A.为核裂变方程,选项A错误;
B.为人工核转变方程,选项B错误;
C.为核聚变方程,选项C正确;
D.为衰变方程,选项D错误。
故选C。
5.B
【详解】A.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,则为中子 ,选项A错误;
B.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比结合能大于一个反应物的核子的比结合能,比结合能越大,原子核越稳定,则比比结合能更大,更稳定,选项B正确;
C.根据质能方程可知,反应放出能量为
但是根据结合能的概念可知,该能量不是的结合能,选项C错误;
D.要想让两个轻核聚合在一起,最起码也要5000万摄氏度的温度,这样才能让两个带正电的轻核,具有足够的能量克服相互靠近时的静电斥力实现核聚变,选项D错误。
故选B。
6.B
【详解】光电效应现象表明,光具有粒子性,A项错误;α粒子散射实验表明,在原子的中心有一个很小的核,原子所有的正电荷和几乎所有的质量集中在原子核上,B项正确:氢原子从高能级向低能级跃迁时,只能发出一些特定频率的光子,C项错误;一个质子和一个中子结合成氘核,会发生质量亏损,氘核的质量不等于质子与中子的质量和,D项错误;故选B.
7.D
【详解】A.发生的核反应是核裂变,不是原子核的衰变,故A错误;
B.由核反应方程满足质量数与电荷数守恒,可知
因此式中
故B错误;
C.核反应方程中为释放出的核能,不是的结合能,故C错误;
D.中等质量原子核的比结合能较大,核的比结合能小于核的比结合能,故D正确。
故选D。
8.D
【详解】根据质子数守恒和质量数守恒可知X是中子,A错误;Y的质子数为3,中子数为3,B错误;两反应均放出能量,由质能方程可知一定有质量亏损,则C错误;氘和氚的核反应是核聚变反应,则D正确;故选D.
【点睛】解决本题的关键知道核聚变的特点,知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒,基础题.
9.BD
【详解】A.半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少量原子核没有意义,故A错误;
B.核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度,故B正确;
C.放射性射线其实质是高速电子流,放射性射线可用于医学的放射治疗,故C错误;
D.每次衰变,质量数少4,电荷数少2,所以中子数少2,每次衰变一个中子转化成一个质子和一个电子,所以中子数少1,经过4次衰变,2次衰变,则有
新核与原来的原子核相比,中子数少了10个,故D正确;
故选BD。
10.AD
【详解】A.当入射光的频率小于金属的截止频率时,无论光有多强,都不会发生光电效应,只要光频率大于金属截止频率时,才会发生光电效应,故A正确;
B.核聚变反应方程,表示中子,故B错误;
C.射线是氦核流,故C错误;
D.由玻尔的原子模型可推知,处于激发态的氢原子,量子数越大,电子轨道半径越大,由可知,电子动能越小,故D正确.
故选AD。
【点睛】当入射光的频率大于金属的截止频率,才能发生光电效应;α射线是氦核流;根据电子轨道半径的大小,结合库仑引力提供向心力分析核外电子动能的变化.
11.AD
【详解】14C的衰变方程为:,选项A正确;由于质量亏损,衰变前后质量减少,选项B错误;衰变和裂变有本质上的不同,选项C错误;古木与现在植物相比,若衰变次数是现代植物的一半,说明古代植物内C14含量是现代植物的一半,则其存活时间应该是一个半衰期的时间,选项D正确.故选AD.
12.AC
【详解】A.由方程(2)可知,根据电荷守恒和质量守恒,X和Y都为,故选项A正确;
B. 方程(1)是核聚变反应,方程(2)是核裂变反应,故选项B错误;
C.由公式
可知
故选项C正确;
D. 光子的产生是由放射性元素发生衰变,而不是来源于原子核外电子的能级跃迁,故选项D错误。
故选AC。
13.见解析
【详解】我们通过搜集大量的信息资料,从科学、技术、社会、政治、军事、医疗等多方面理解核技术利用带给人类的“双刃剑”,感受科技发展与人类社会发展间的相互作用;树立健康、正确的人生观和科学的发展观。
14.(1)中子;3;(2)
【详解】(1)根据电荷数守恒和质量数守恒,可得的电荷总数为0,总质量数为3,可知X为中子,为3。
(2)该核反应质量亏损为
根据质能方程可知,上述核反应过程中放出的核能为
15.;
【详解】1kg铀235中含有的铀原子核个数为:
个
则1kg铀释放的能量为:
每年要消耗铀的质量为: