5.4《核裂变与核聚变》 筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）
一、筑基培根——建立物理观念
1．（2024高三上·南宁开学考）核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色低碳能源，在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用。据统计，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A．重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B．核反应堆中发生的核裂变方程为
C．核裂变产生的一个原子核中有56个质子，88个中子
D．的半衰期为7亿年，10个原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
【答案】C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A．轻核聚变和重核裂变时都要释放能量，质量亏损，故A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程，核反应堆中发生的核裂变方程为
故B错误；
C．核裂变产生的一个原子核中有56个质子，根据质量数等于质子数和中子数之和，144 56 = 88个中子，故C正确；
D．半衰期是对大量粒子的统计规律，10个原子核不符合半衰期规律，故D错误。
故选C。
【分析】轻核聚变和重核裂变时都要释放能量；根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程；根据质量数等于质子数和中子数之和分析；半衰期是一个统计规律。
2．（2024高二下·汨罗月考）新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型．铀裂变核反应方程为为，其中n表示中子．裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”．下列说法正确的有（ ）
A．从铀裂变核反应方程看，“传染系数”为2
B．核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数
C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3
D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关
【答案】B
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A.由铀核裂变核反应方程可知，一次裂变会有3个中子产生，所以该链式反应的“传染系数”为3，A不符合题意；
B.核反应堆中通过镉棒吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，B符合题意；
C.在链式反应中，当实际“传染系数”大于1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”小于时，反应将趋于停滞，所以“传染系数”等于1是链式反应持续下去的临界值，C不符合题意；
D.核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据铀核裂变核反应产生的中子数分析“传染系数”；根据镉棒的作用和“传染系数”的定义分析；“传染系数”等于1是链式反应持续下去的临界值；核反应堆中的实际“传染系数”与铀的浓度有关，与镉棒插入的深浅有关。
3．（2024高三下·铜仁） 铀235（）裂变的产物是多样的，其中一种裂变的核反应方程是，方程中的x、y分别是（ ）
A．53，89 B．56，86 C．53，86 D．56，89
【答案】D
【知识点】核裂变
【解析】【解答】核反应遵循质量数守恒电荷数守恒，可得235+1=144+y+3，92=x+36，解得
x=56，y=89
D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据核反应规律——质量数与电荷数守恒求解。
4．（2024高三下·玉林模拟） 广西防城港核电站目前正在运营，它以铀235 作为主要的核燃料，其反应堆的核反应方程为 该反应中X是（ ）
A．电子-9e B．质子H C．中子n D．光子
【答案】C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】根据核反应过程中质量数和电荷数守恒，可得X的质量数为
电荷数为
因此X应为中子。
故答案为：C。
【分析】核反应过程中质量数和电荷数守恒，根据反应方程结合规律确定x质量数和电荷数，继而确定x粒子的种类。
5．（2024高三上·贵阳开学考）嫦娥六号实现了人类首次在月球背面采集月壤，月壤中含有丰富的氦-3（），它是一种清洁、安全和高效的核聚变发电燃料。氦-3参与的核反应能够释放出巨大的能量，同时又不产生具有放射性的中子，下列关于氦-3参与的核反应中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】核聚变
【解析】【解答】A．检查反应前后总的质量数以及总的电荷数，核反应前后不满足质量数、电荷数守恒，故A错误；
B．核反应前后质量数、电荷数均守恒，符合核反应特点，故B正确；
C．不符合核反应的书写方式，核反应没有减去某个粒子的写法，故C错误；
D．核反应后产生的中子不带电，即电荷数为零，故D错误。
故选B。
【分析】根据质量数是与电荷数守恒判断。
6．（2024高三上·邯郸开学考）核物理中最具有研究前景的方向之一是利用可控核聚变产生能源，已知太阳上的一种核反应为，其中的X是（ ）
A．电子 B．中子 C．质子 D．正电子
【答案】C
【知识点】核聚变
【解析】【解答】根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒，计算核的质量数和核电荷数，可得该核反应方程为
即X是质子。
故选C。
【分析】根据核反应遵循的两个规律质量数守恒和核电荷数守恒，进行判断。
7．（2024·江西模拟）在恒星演化末期会发生俗称“烧石头”的核聚变反应，其核反应方程为，下列选项正确的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【知识点】核聚变
【解析】【解答】由核电荷数守恒和质量数守恒得
，
解得
，
故答案为：D。
【分析】核反应方程反应前后满足核电荷数守恒和质量数守恒，结合题意联立方程进行解答即可。
二、能力发展——科学探究与思维
8．（2022高二下·哈尔滨期中）用中子轰击U原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为U+n→Ba+Kr+3n，U、n、Ba、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，U原子核的半衰期为t、其比结合能小于Ba原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（ ）
A．Ba原子核比U原子核更稳定
B．Ba原子核中含有56个中子
C．裂变时释放的能量为（m1-2m2-m3-m4）c2
D．若提高U的温度，U的半衰期将会小于t
【答案】A,C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大原子核越稳定， U原子核的比结合能小于 Ba原子核的比结合能，因此 Ba原子核比 U原子核更稳定，A符合题意；
B．根据原子核的特点可知， Ba原子核含有56个质子，中子数为144-56=88个，B不符合题意；
C．根据爱因斯坦质能方程可得 ，C符合题意；
D．放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与周围的环境温度、湿度、压强等外界因素无关，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】利用比结合能的大小可以比较原子核的稳定性；利用原子核的符号可以求出中子的数量；利用质能方程结合质量的变化可以求出释放的能量；半衰期由原子核本身决定，与外界条件无关。
9．（2021·浙江）如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变，下列说法正确的是（ ）
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多
【答案】A,B,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．聚变又叫热核反应，A符合题意；
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆，B符合题意；
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克服核力而聚变，C不符合题意；
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，D符合题意；
故答案为：ABD。
【分析】不是所以原子核都能在高温的条件下克服核力而聚变；对于相同质量的核燃料其聚变反应产生的能量大于裂变反应。
10．（2022高二下·辽宁期末）中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组2022年3月25日投入商业运行，至此“华龙一号”示范工程全面建成投运。“华龙一号”在安全、技术和经济指标上已经达到或超过了国际三代核电用户需求。“华龙一号”利用重核的裂变，一个重要的核反应方程是，各个核和中子的质量如下：（质量为235.0439u），（质量为140.9139 u），（质量为91.8976u），（质量为1.0087u），（1u的质量对应的能量为931.5Mev，1kg标准煤完全燃烧产生的热量约为），则下列说法正确的是（ ）
A．利用速度很大的快中子容易轰击开铀235
B．裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度
C．要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积
D．1kg铀全部裂变所放出的能量约为标准煤完全燃烧时放出的热量
【答案】B,C,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．速度很大的快中子不容易被铀235俘获，则需要慢中子轰击铀核才容易发生裂变反应，A不符合题意；
B．裂变反应堆中，中子的数量是控制反应速度的关键，故利用镉棒的作用吸收中子，控制反应速度，B符合题意；
C．要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积，C符合题意；
D．铀核裂变的核反应方程是
则质量亏损为释放的核能为
已知235g铀有个铀核，那么1kg铀内铀核的个数为
由此可知1kg铀全部裂变释放的能量为
则相当于优质煤的质量为
D符合题意；
故答案为：BCD。
【分析】裂变反应堆中，利用镉棒的作用吸收中子，控制反应速度。铀核裂变的核反应方程，算出质量亏损。
11．（2022·衢州模拟）一核电站年发电量约4.5×1010kW·h，发电效率约34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200MeV，下列说法正确的是（ ）
A．每年需要约5×1028个铀235发生裂变
B．每年铀235亏损的质量约为5.3kg
C．铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D．为控制裂变反应速度常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
【答案】B,C
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．由
可得
A不符合题意；
B．由
可得
每年铀235亏损的质量约为
B符合题意；
C．铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，C符合题意；
D．链式反应中常用石墨、重水作为慢化剂，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收，普通水在反应堆内外循环，传输反应中产生的热量，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用裂变释放的能量结合其发电的电量及效率可以求出裂变的原子核个数；利用其质能方程可以求出亏损的质量；其链式反应的条件与临界体积有关；其普通水不是作为裂变反应的慢化剂。
12．（2022高三下·浙江月考）2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，HL-2M反应堆的成功对于全世界而言都有重大研究意义，它意味着中国能够掌握利用核聚变技术发电，氘核聚变反应的方程为：，已知氘核的比结合能为E，核反应中释放的核能为△E，核反应中发射一种γ光子，该γ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的速度为v，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．裂变反应比聚变反应更难控制 B．x的比结合能为
C．光电子的德布罗意波长为 D．γ光子的频率为
【答案】B,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．聚变反应比裂变反应更难控制，A不符合题意；
B．根据
可得
B符合题意；
C．光电子的德布罗意波长为
，C不符合题意；
D．根据光电效应方程
可得γ光子的频率为
，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】聚变反应比裂变反应更难控制；利用其能量守恒定律可以求出x的比结合能大小；利用其动量大小可以求出光子德布罗意波长的大小；利用光电效应方程可以求出光子频率的大小。
13．（2020高三上·新昌月考）由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，这是我国的科学家率先建成的世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置．设可控热核反应前氘核( )的质量为m1，氚核( )的质量为m2，反应后氦核( )的质量为m3，中子( )的质量为m4，已知光速为c．下列说法中正确的是（ ）
A．核反应放出的能量为(m1+m2-m3-m4)c2
B．上述核反应过程中原子核的比结合能增加
C．这种热核实验反应释放出氦核，是α衰变
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
【答案】A,B
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是
核反应过程中存在质量亏损，因此m1+m2＞m3+m4，
核反应过程中的质量亏损△m=m1+m2-m3-m4，
释放的核能为△E=△mc2=(m1+m2-m3-m4)c2，
A符合题意；
B．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能增大，B符合题意；
C．这种热核实验反应是核聚变反应，而不是自发发生的α衰变，C不符合题意；
D．这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，D不符合题意．
故答案为：AB
【分析】利用反应前后的质量之差结合质能方程可以求出释放的核能大小；利用反应后释放出能量可以判别比结合能的变化；该反应属于聚变反应；我国核电站主要使用的核裂变反应。
三、科学本质——质疑交流与创新
14．（高中物理人教版选修3-5第十九章第6节核裂变同步练习）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。
【答案】1.8×102
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【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。
【分析】首先用反应前的总质量减去反应后的总质量得出质量亏损，1u质量亏损放出MeV的能量，二者相乘即可。
15．（2024高三上·南昌月考）氢的同位素：氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为______。
A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变
（2）核的质量为，核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为的氮原子核，此过程释放的能量为 。（真空中光速为c）
【答案】（1）C
（2）
【知识点】核聚变
【解析】【解答】
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为核聚变。
故选C。
（2）此核反应质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为
所以第一空填“”。
【分析】
1.轻核聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。
2.重核裂变：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
3.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
4.原子核的衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
5.质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为核聚变。
故选C。
（2）此核反应质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为
16．（2024高一上·衡阳开学考）如图甲所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图乙为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→ →电能。
【答案】核聚变；机械能
【知识点】能量转化和转移的方向性；核聚变
【解析】【解答】东方超环的热核反应与太阳类似，属于核聚变。
根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
【分析】 在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态， 物质从等离子态融合释放能量为核聚变。核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
17．（2024高二下·衡水月考）利用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，这就是核电站.核电站消耗
的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已具备了发展核电的基本条件.
（1）核反应堆中的“燃料”是，完成下面的核反应方程式：；
（2）一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶（sr）核的质量为89.9077u，氙（Xe）核的质量为135.9072u，lu=kg，浓缩铀中铀235的含量占2%。
（3）同样功率（100万千瓦）的火力发电站，每年要消耗多少吨标准煤？（已知标准煤的热值为2.93×104KJ/kg）
（4）为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施？（举两种）
【答案】（1）解：根据核电荷数守恒和质量数守恒可得：Xe的质量数为136，Sr的核电荷数为38
（2）
（3）解：根据煤的热值计算可得消耗煤的质量为
（4）核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；对放射性废料，要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理
【知识点】质量亏损与质能方程；能量守恒定律；核裂变；反应堆与核电站
【解析】【解答】（1）根据核电荷数守恒和质量数守恒可得：Xe的质量数为136，Sr的核电荷数为38，所以该核反应方程为
（2）该反应的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程
核电站每年所需的能量
则由题意知
可得
（3）根据煤的热值计算可得消耗煤的质量为
（4）核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；对放射性废料，要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理。
【分析】（1）核反应过程蛮子核电荷数守恒和质量数守恒，根据守恒条件确定Xe的质量数和Sr的核电荷数；
（2）根据核反应方程确定一个铀核发生裂变时产生的质量亏损，再根据爱因斯坦质能亏损方程确定一个铀核裂变释放的能量，再结合题意及能量守恒定律和阿伏加德罗常数进行解答；
（3）根据热值的公式结合（2）中结论进行解答即可；
（4）熟练掌握对核废料处的方法。
1 / 15.4《核裂变与核聚变》 筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）
一、筑基培根——建立物理观念
1．（2024高三上·南宁开学考）核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色低碳能源，在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用。据统计，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A．重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量
B．核反应堆中发生的核裂变方程为
C．核裂变产生的一个原子核中有56个质子，88个中子
D．的半衰期为7亿年，10个原子核经过7亿年还有5个没发生衰变
2．（2024高二下·汨罗月考）新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型．铀裂变核反应方程为为，其中n表示中子．裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”．下列说法正确的有（ ）
A．从铀裂变核反应方程看，“传染系数”为2
B．核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数
C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3
D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关
3．（2024高三下·铜仁） 铀235（）裂变的产物是多样的，其中一种裂变的核反应方程是，方程中的x、y分别是（ ）
A．53，89 B．56，86 C．53，86 D．56，89
4．（2024高三下·玉林模拟） 广西防城港核电站目前正在运营，它以铀235 作为主要的核燃料，其反应堆的核反应方程为 该反应中X是（ ）
A．电子-9e B．质子H C．中子n D．光子
5．（2024高三上·贵阳开学考）嫦娥六号实现了人类首次在月球背面采集月壤，月壤中含有丰富的氦-3（），它是一种清洁、安全和高效的核聚变发电燃料。氦-3参与的核反应能够释放出巨大的能量，同时又不产生具有放射性的中子，下列关于氦-3参与的核反应中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．（2024高三上·邯郸开学考）核物理中最具有研究前景的方向之一是利用可控核聚变产生能源，已知太阳上的一种核反应为，其中的X是（ ）
A．电子 B．中子 C．质子 D．正电子
7．（2024·江西模拟）在恒星演化末期会发生俗称“烧石头”的核聚变反应，其核反应方程为，下列选项正确的是（ ）
A． B． C． D．
二、能力发展——科学探究与思维
8．（2022高二下·哈尔滨期中）用中子轰击U原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为U+n→Ba+Kr+3n，U、n、Ba、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，U原子核的半衰期为t、其比结合能小于Ba原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（ ）
A．Ba原子核比U原子核更稳定
B．Ba原子核中含有56个中子
C．裂变时释放的能量为（m1-2m2-m3-m4）c2
D．若提高U的温度，U的半衰期将会小于t
9．（2021·浙江）如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变，下列说法正确的是（ ）
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多
10．（2022高二下·辽宁期末）中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组2022年3月25日投入商业运行，至此“华龙一号”示范工程全面建成投运。“华龙一号”在安全、技术和经济指标上已经达到或超过了国际三代核电用户需求。“华龙一号”利用重核的裂变，一个重要的核反应方程是，各个核和中子的质量如下：（质量为235.0439u），（质量为140.9139 u），（质量为91.8976u），（质量为1.0087u），（1u的质量对应的能量为931.5Mev，1kg标准煤完全燃烧产生的热量约为），则下列说法正确的是（ ）
A．利用速度很大的快中子容易轰击开铀235
B．裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度
C．要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积
D．1kg铀全部裂变所放出的能量约为标准煤完全燃烧时放出的热量
11．（2022·衢州模拟）一核电站年发电量约4.5×1010kW·h，发电效率约34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200MeV，下列说法正确的是（ ）
A．每年需要约5×1028个铀235发生裂变
B．每年铀235亏损的质量约为5.3kg
C．铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D．为控制裂变反应速度常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
12．（2022高三下·浙江月考）2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，HL-2M反应堆的成功对于全世界而言都有重大研究意义，它意味着中国能够掌握利用核聚变技术发电，氘核聚变反应的方程为：，已知氘核的比结合能为E，核反应中释放的核能为△E，核反应中发射一种γ光子，该γ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的速度为v，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．裂变反应比聚变反应更难控制 B．x的比结合能为
C．光电子的德布罗意波长为 D．γ光子的频率为
13．（2020高三上·新昌月考）由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，这是我国的科学家率先建成的世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置．设可控热核反应前氘核( )的质量为m1，氚核( )的质量为m2，反应后氦核( )的质量为m3，中子( )的质量为m4，已知光速为c．下列说法中正确的是（ ）
A．核反应放出的能量为(m1+m2-m3-m4)c2
B．上述核反应过程中原子核的比结合能增加
C．这种热核实验反应释放出氦核，是α衰变
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
三、科学本质——质疑交流与创新
14．（高中物理人教版选修3-5第十九章第6节核裂变同步练习）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。
15．（2024高三上·南昌月考）氢的同位素：氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为______。
A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变
（2）核的质量为，核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为的氮原子核，此过程释放的能量为 。（真空中光速为c）
16．（2024高一上·衡阳开学考）如图甲所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图乙为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→ →电能。
17．（2024高二下·衡水月考）利用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，这就是核电站.核电站消耗
的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已具备了发展核电的基本条件.
（1）核反应堆中的“燃料”是，完成下面的核反应方程式：；
（2）一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶（sr）核的质量为89.9077u，氙（Xe）核的质量为135.9072u，lu=kg，浓缩铀中铀235的含量占2%。
（3）同样功率（100万千瓦）的火力发电站，每年要消耗多少吨标准煤？（已知标准煤的热值为2.93×104KJ/kg）
（4）为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施？（举两种）
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A．轻核聚变和重核裂变时都要释放能量，质量亏损，故A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程，核反应堆中发生的核裂变方程为
故B错误；
C．核裂变产生的一个原子核中有56个质子，根据质量数等于质子数和中子数之和，144 56 = 88个中子，故C正确；
D．半衰期是对大量粒子的统计规律，10个原子核不符合半衰期规律，故D错误。
故选C。
【分析】轻核聚变和重核裂变时都要释放能量；根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程；根据质量数等于质子数和中子数之和分析；半衰期是一个统计规律。
2．【答案】B
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A.由铀核裂变核反应方程可知，一次裂变会有3个中子产生，所以该链式反应的“传染系数”为3，A不符合题意；
B.核反应堆中通过镉棒吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，B符合题意；
C.在链式反应中，当实际“传染系数”大于1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”小于时，反应将趋于停滞，所以“传染系数”等于1是链式反应持续下去的临界值，C不符合题意；
D.核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据铀核裂变核反应产生的中子数分析“传染系数”；根据镉棒的作用和“传染系数”的定义分析；“传染系数”等于1是链式反应持续下去的临界值；核反应堆中的实际“传染系数”与铀的浓度有关，与镉棒插入的深浅有关。
3．【答案】D
【知识点】核裂变
【解析】【解答】核反应遵循质量数守恒电荷数守恒，可得235+1=144+y+3，92=x+36，解得
x=56，y=89
D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据核反应规律——质量数与电荷数守恒求解。
4．【答案】C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】根据核反应过程中质量数和电荷数守恒，可得X的质量数为
电荷数为
因此X应为中子。
故答案为：C。
【分析】核反应过程中质量数和电荷数守恒，根据反应方程结合规律确定x质量数和电荷数，继而确定x粒子的种类。
5．【答案】B
【知识点】核聚变
【解析】【解答】A．检查反应前后总的质量数以及总的电荷数，核反应前后不满足质量数、电荷数守恒，故A错误；
B．核反应前后质量数、电荷数均守恒，符合核反应特点，故B正确；
C．不符合核反应的书写方式，核反应没有减去某个粒子的写法，故C错误；
D．核反应后产生的中子不带电，即电荷数为零，故D错误。
故选B。
【分析】根据质量数是与电荷数守恒判断。
6．【答案】C
【知识点】核聚变
【解析】【解答】根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒，计算核的质量数和核电荷数，可得该核反应方程为
即X是质子。
故选C。
【分析】根据核反应遵循的两个规律质量数守恒和核电荷数守恒，进行判断。
7．【答案】D
【知识点】核聚变
【解析】【解答】由核电荷数守恒和质量数守恒得
，
解得
，
故答案为：D。
【分析】核反应方程反应前后满足核电荷数守恒和质量数守恒，结合题意联立方程进行解答即可。
8．【答案】A,C
【知识点】核裂变
【解析】【解答】A．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大原子核越稳定， U原子核的比结合能小于 Ba原子核的比结合能，因此 Ba原子核比 U原子核更稳定，A符合题意；
B．根据原子核的特点可知， Ba原子核含有56个质子，中子数为144-56=88个，B不符合题意；
C．根据爱因斯坦质能方程可得 ，C符合题意；
D．放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与周围的环境温度、湿度、压强等外界因素无关，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】利用比结合能的大小可以比较原子核的稳定性；利用原子核的符号可以求出中子的数量；利用质能方程结合质量的变化可以求出释放的能量；半衰期由原子核本身决定，与外界条件无关。
9．【答案】A,B,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．聚变又叫热核反应，A符合题意；
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆，B符合题意；
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克服核力而聚变，C不符合题意；
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，D符合题意；
故答案为：ABD。
【分析】不是所以原子核都能在高温的条件下克服核力而聚变；对于相同质量的核燃料其聚变反应产生的能量大于裂变反应。
10．【答案】B,C,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．速度很大的快中子不容易被铀235俘获，则需要慢中子轰击铀核才容易发生裂变反应，A不符合题意；
B．裂变反应堆中，中子的数量是控制反应速度的关键，故利用镉棒的作用吸收中子，控制反应速度，B符合题意；
C．要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积，C符合题意；
D．铀核裂变的核反应方程是
则质量亏损为释放的核能为
已知235g铀有个铀核，那么1kg铀内铀核的个数为
由此可知1kg铀全部裂变释放的能量为
则相当于优质煤的质量为
D符合题意；
故答案为：BCD。
【分析】裂变反应堆中，利用镉棒的作用吸收中子，控制反应速度。铀核裂变的核反应方程，算出质量亏损。
11．【答案】B,C
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．由
可得
A不符合题意；
B．由
可得
每年铀235亏损的质量约为
B符合题意；
C．铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，C符合题意；
D．链式反应中常用石墨、重水作为慢化剂，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收，普通水在反应堆内外循环，传输反应中产生的热量，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】利用裂变释放的能量结合其发电的电量及效率可以求出裂变的原子核个数；利用其质能方程可以求出亏损的质量；其链式反应的条件与临界体积有关；其普通水不是作为裂变反应的慢化剂。
12．【答案】B,D
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．聚变反应比裂变反应更难控制，A不符合题意；
B．根据
可得
B符合题意；
C．光电子的德布罗意波长为
，C不符合题意；
D．根据光电效应方程
可得γ光子的频率为
，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】聚变反应比裂变反应更难控制；利用其能量守恒定律可以求出x的比结合能大小；利用其动量大小可以求出光子德布罗意波长的大小；利用光电效应方程可以求出光子频率的大小。
13．【答案】A,B
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【解答】A．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是
核反应过程中存在质量亏损，因此m1+m2＞m3+m4，
核反应过程中的质量亏损△m=m1+m2-m3-m4，
释放的核能为△E=△mc2=(m1+m2-m3-m4)c2，
A符合题意；
B．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能增大，B符合题意；
C．这种热核实验反应是核聚变反应，而不是自发发生的α衰变，C不符合题意；
D．这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，D不符合题意．
故答案为：AB
【分析】利用反应前后的质量之差结合质能方程可以求出释放的核能大小；利用反应后释放出能量可以判别比结合能的变化；该反应属于聚变反应；我国核电站主要使用的核裂变反应。
14．【答案】1.8×102
【知识点】核裂变与核聚变
【解析】【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。
【分析】首先用反应前的总质量减去反应后的总质量得出质量亏损，1u质量亏损放出MeV的能量，二者相乘即可。
15．【答案】（1）C
（2）
【知识点】核聚变
【解析】【解答】
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为核聚变。
故选C。
（2）此核反应质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为
所以第一空填“”。
【分析】
1.轻核聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。
2.重核裂变：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
3.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
4.原子核的衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
5.质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为核聚变。
故选C。
（2）此核反应质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为
16．【答案】核聚变；机械能
【知识点】能量转化和转移的方向性；核聚变
【解析】【解答】东方超环的热核反应与太阳类似，属于核聚变。
根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
【分析】 在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态， 物质从等离子态融合释放能量为核聚变。核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
17．【答案】（1）解：根据核电荷数守恒和质量数守恒可得：Xe的质量数为136，Sr的核电荷数为38
（2）
（3）解：根据煤的热值计算可得消耗煤的质量为
（4）核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；对放射性废料，要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理
【知识点】质量亏损与质能方程；能量守恒定律；核裂变；反应堆与核电站
【解析】【解答】（1）根据核电荷数守恒和质量数守恒可得：Xe的质量数为136，Sr的核电荷数为38，所以该核反应方程为
（2）该反应的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程
核电站每年所需的能量
则由题意知
可得
（3）根据煤的热值计算可得消耗煤的质量为
（4）核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；对放射性废料，要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理。
【分析】（1）核反应过程蛮子核电荷数守恒和质量数守恒，根据守恒条件确定Xe的质量数和Sr的核电荷数；
（2）根据核反应方程确定一个铀核发生裂变时产生的质量亏损，再根据爱因斯坦质能亏损方程确定一个铀核裂变释放的能量，再结合题意及能量守恒定律和阿伏加德罗常数进行解答；
（3）根据热值的公式结合（2）中结论进行解答即可；
（4）熟练掌握对核废料处的方法。
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