同步课时精练（二十二）5.4核裂变与核聚变（含解析）

二十一世纪教育 《名师求索》工作室出品
同步课时精练（二十一）5.4 核裂变与核聚变（后附解析）
一、多选题
1．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
2．下列有关说法正确的是（　　）
A．铀核发生α衰变时，释放出α粒子和一定的能量，目前核电站利用的就是这一自发释放的能量
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子
D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性
3．2021年4月13日，日本政府正式决定向海洋排放福岛第一核电站的核废水，这种行为遭到多国的质疑和反对，这是因为核废水中含有大量的放射性元素，会严重影响全球海洋生态环境安全和各国人民的生命健康。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为E1，的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（　　）
A．在该核反应方程中，X表示e粒子
B．该核反应过程中放出的能量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用
二、单选题
4．下列关于近代物理内容的叙述中正确的是（　　）
A．质子和中子结合成原子核时没有质量亏损，但一定释放能量
B．衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和电子
C．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照射时间短
D．铀核裂变的一种核反应方程为
5．北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是（　　）
A． B．
C． D．
6．大量研究发现，太阳的巨大辐射能量来自于轻核聚变，事实上在宇宙中的许多恒星内部时刻在激烈地进行着聚变反应。目前在实验室中能观察到的一种典型的核聚变反应是HH→Hen+17.6MeV，对这个反应的认识，下列说法正确的是（　　）
A．这个反应必须在高温下才能进行，是一种化学反应
B．一个H和一个H的质量和一定小于一个He和一个n的质量和
C．反应中释放17.6MeV的能量是以内能形式出现的
D．He的比结合能要大于H的比结合能
7．秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是（　 　）
A．反应堆中核反应速度通常是采用调节的体积来控制的
B．的一种可能的裂变是
C．是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短
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必减少
8．目前核电站利用的核反应是（　　）
A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃料为铀
C．裂变，核燃料为氘 D．聚变，核燃料为氘
9．下列说法正确的是（　　）
A．两个轻核发生聚变反应，产生的新核质量一定大于两个轻核的质量和
B．当用紫光照射金属表面时有电子逸出，则改用蓝光照射该金属也一定会有电子逸出
C．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光是紫外线，则从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光可能是可见光
D．比结合能越大，原子核越稳定
10．原子核聚变可以给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量，这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ）
A．k=1，d=4 B．k=2，d=2 C．k=1，d=6 D．k=2，d=3
11．日本政府于4月13日召开会议，决定在未来两年福岛核废水罐达到蓄水峰值后，将稀释过的废水排入大海，引发世界一片哗然。福岛核电站的核废水中放射性物质“氚”难以清除。关于“氚”的一个核反应方程为，对此以下说法正确的是（　　）
A．反应后总结合能变大
B．核反应产物中的X粒子为
C．反应前后核子的总质量相等
D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
12．下列关于近代物理知识的说法正确的是（　　）
A．所有元素都可能发生衰变 B．太阳辐射的能量来自太阳内部的核裂变反应
C．可利用射线对某些金属棒进行探伤检测 D．射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
三、解答题
13．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。
14．2020年12月17日，“嫦娥五号”顺利返回地球，带回1.7kg月壤。月球氦3（He）是月球岩石样本中发现的一种储量惊人的新物质，该物质可以与氘（H）一同参与核聚变反应，放出质子，同时释放出大量能量。已知氨3的原子质量为3.0160u，氘的原子质量为2.0140u，He的原子质量为4.0026u，质子的原子质量为1.0078u，其中u为原子质量单位，1u相当于931.5MeV的能量。
（1）试写出此核反应方程；
（2）求该核反应中释放的核能。
15．2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子。（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）（计算结果保留三位有效数字）
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）该核反应释放的核能是多少？
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试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．BD
解析：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。
2．CD
解析：A．核电站利用的是铀核的裂变反应释放的能量，铀核裂变释放中子，故A错误；
B．紫光的频率大于红光，如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光不一定能发生光电效应，故B错误；
C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子，故C正确；
D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正确。
故选CD。
3．BC
解析：A．根据核反应中质量数守恒与电荷数守恒，可知X表示粒子，A项错误；
B．比结合能为原子核的结合能与核子数之比，因此，B项正确；
C．由爱因斯坦质能方程
解得
由于，故
C项正确；
D．若把X粒子射入匀强磁场中，如果速度方向与磁场方向平行，则粒子不受洛伦兹力作用，D项错误；
故选BC。
4．B
解析：A．质子和中子结合成原子核时有质量亏损，会释放能量，故A错误；
B．衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和电子，故B正确；
C．产生光电效应的条件是，与光照时间无关，故C错误；
D．铀核裂变的核反应方程为
中子是产生链式反应的条件，不能同时约去，故D错误。
故选B。
5．A
解析：太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其内部反应方程是：。
故选A。
6．D
解析：A．这个反应必须在高温下才能进行，它是一种核反应，不是化学反应，故A错误；
B．这是一个放能反应，存在质量亏损，故一个H和一个H的质量和一定大于一个He和一个n的质量和，故B错误；
C．反应中释放17.6MeV的能量是以核能的形式出现的，故C错误；
D．核聚变反应是放能反应，生成物比反应物稳定，故He的比结合能要大于H的比结合能，故D正确。
故选D。
7．B
解析：A、反应堆中核反应速度通常是镉棒吸收中子来控制的反应速度的，故A错误；
B、根据质量数和电荷数守恒可知：的一种可能的裂变是，故B正确；
C、半衰期和元素本身有关，和外界条件没有关系，故C错误；
D、由核反应方程中电荷数的质量数守恒知，核反应中质量数不会变化，故D错误。
故选B
8．A
解析：核电站中的铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2-3个中子。裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行从而产生大量热能。用循环水导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。这就是目前核电站的工作原理。故目前的核电站为的核裂变反应。
故选A。
9．D
解析：A．聚变反应过程中释放能量，存在质量亏损，则产生的新核质量一定小于两个轻核的质量和，A错误；
B．紫光的频率比蓝光大，因此光子的能量也大，当用紫光照射某金属表面时，有电子逃逸出来，当改用蓝光时，不一定有光电效应发生，B错误；
C．n=2跃迁到n=1辐射的光子的能量小于n=3跃迁到n=1辐射的光子的能量，则n=3跃迁到n=1辐射的光子肯定不是可见光，C错误；
D．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，D正确。
故选D。
10．B
解析：根据核反应的过程由质量数守恒可得
根据核电荷数守恒可得
联立解得
ACD错误，B正确。
故选B。
11．A
解析：A．轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放出能量，生成的原子核核子更多，结合能更大，故A正确；
B．由质量数守恒和电荷数守恒可得X粒子为，即中子，故B错误；
C．聚变反应会释放出能量，由质能方程可知反应过程中必然有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故C错误；
D．目前世界各地正在运行的核电站中的主要核反应是重核的裂变反应，故D错误。
故选A。
12．C
解析：A．有些元素的原子核不稳定，可以自发地发生衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A错误；
B．太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，B错误；
C．射线的穿透本领强，所以可利用射线对某些金属棒进行探伤检测，C正确；
D．射线为原子核内的中子转化为质子时形成的电子流，D错误。
故选C。
13．(1)见解析；(2)见解析。
解析：(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
14．（1）；（2）
解析：（1）依题意，该核反应方程为
（2）核反应的质量亏损
释放出的核能
15．（1）；（2）3.26MeV
解析：（1）根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为
（2）该核反应的质量亏损为
所以该核反应释放的核能为
答案第1页，共2页
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