人教版物理高三选修3-5第十九章第六节重核的裂变同步训练

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人教版物理高三选修3-5第十九章
第六节重核的裂变同步训练
一．选择题
1．下列说法正确的是（）
A．H+H→He+n是核聚变反应
B．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
C．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
D．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率大
答案：A
解析：解答：A、核反应是由两个轻核经聚变生成中等质量核的过程；故属于核聚变反应；故A正确；
B、比结合能反映原子核的牢固程度；比结合能越大，原子核越稳定．故B错误；
C、α射线和β射线分别是带正电的氦核流和带负电的电子流，而γ射线不带电；故C错误；
D、从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出能量小，光子能量公式E=，所以从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长短，故D不正确；
故选：A．
分析：本题考查了玻尔原子理论：从高轨道向低轨道跃迁时减少的能量以光子的形式辐射出去；所有的激发态都是不稳定的，都会继续向基态跃迁．
能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，则波长越小；
比结合能越大，则原子核越牢固．
2．已知氘核的平均结合能是1.09MeV，氚核的平均结合能是2.78MeV，氦核的平均结合能是7.03MeV．在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核并放出17.6MeV的能量，下列说法正确的是（）
A．这是一个裂变反应
B．核反应方程式为H+H→He+n
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应不会有质量亏损
答案：B
解析：解答：A、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应．故A错误；
B、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为H+H→He+n．故B正确；
C、目前核电站都采用核裂变发电．故C错误；
D、该反应放出热量，所以一定有质量亏损．故D不正确．
故选：B
分析：1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应；由质量数守恒和电荷数守恒判定反应方程是否正确；由质能方程判断出释放的核能；目前核电站都采用核裂变发电．
3．在下列四个核反应方程中，符号“X”表示中子的是（）
A．A+n→Mg+X
B．Na→Mg+X
C．Be+He→C+X
D．U→Np+X
答案：C
解析：解答：A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为13+0﹣12=1，质量数为27+1﹣27=1，为质子．故A错误．
B、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为11﹣12=﹣1，质量数为24﹣24=0，为电子．故B错误．
C、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为4+2﹣6=0，质量数为9+4﹣12=1．为中子．故C正确．
D、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92﹣93=﹣1，质量数为239﹣239=0，为电子．故D错误．
故选：C．
分析：根据电荷数守恒、质量数守恒确定X的电荷数和质量数，从而判断是否是中子．
4．下列说法正确的是（）
A．α粒子散射实验表明了原子核具有复杂结构
B．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能增大
C．布伞有小孔但不漏水是由于液体表面张力的作用
D．方程式U→TH+He是重核裂变反应方程
答案：C
解析：解答：A、a粒子散射实验说明原子具有核式结构，不能说明原子核具有复杂结构；故A错误；
B、晶体熔化时吸收热量，温度不一定升高，分子平均动能不一定增大；故B错误；
C、布伞有小孔但不漏水是由于液体表面张力的作用；故C正确；
D、将方程式U→TH+He是a衰变反应，故D错误；
故选：C
分析：a粒子散射实验说明原子具有核式结构，温度是分子平均动能的标志，重核裂变是质量数较大的核反应生成质量数较小的核．
5．下列说法中不正确的是（）
A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
C．一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子
D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
答案：A
解析：解答：A、β衰变放出的电子是由中子转变成质子而产生的，不是原子核内的，故A错误；
B、已建成的核电站的能量来自于重核裂变，故B正确；
C、从n=3的激发态跃迁到基态时，根据数学组合=3，能辐射3种不同频率的光子，故C正确；
D、卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射，绝大多数不偏转，从而提出了原子核式结构模型，故D正确；
故选：A
分析：β衰变是中子转变成质子而放出的电子；核电站的能量来自于重核裂变；n=3的激发态跃迁到基态时，根据数学组合，即可求解；α粒子散射实验提出原子核式结构模型；
6．在下列叙述中，不正确的是（）
A．光电效应现象说明光具有粒子性
B．重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损
C．玛丽居里最早发现了天然放射现象
D．若黄光照射某金属能发生光电效应，用紫光照射该金属一定能发生光电效应
答案：C
解析：解答：A、光电效应是金属中的电子吸收能量后，飞出金属表面的现象；说明光具有粒子性；故A正确．
B、重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损；故B正确；
C、贝可勒尔发现天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有中子产生，因此说明了原子核可以再分；故C错误；
D、因紫光的频率高于黄光的频率；故若黄光照射某金属能发生光电效应，用紫光照射该金属一定能发生光电效应半衰期的大小与所处的物理环境和化学状态无关，由原子核内部因素决定．故D正确．
故选：C．
分析：光电效应是金属中的电子逸出金属的现象；贝可勒尔发现天然放射现象；根据氢原子能量的变化得出轨道半径的变化，结合库仑引力提供向心力得出电子动能的变化，抓住原子能量等于动能和电势能之和得出电势能的变化
7．下列说法正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，说明原子是有复杂结构的
C．卢瑟福发现了中子、查德威克发现了质子
D．一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
答案：B
解析：解答：A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A不正确
B、汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，说明原子是有复杂结构的，故B正确
C、卢瑟福发现了质子，查德威克发现了中子，故C错误；
D、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，说明入射频率小于极限频率，则该束光的波长太长，故D错误；
故选：B
分析：太阳内部的核聚变反应；
α粒子散射实验，表明原子具有核式结构；
卢瑟福发现了质子，查德威克发现了中；
不能发生光电效应，是入射频率小于极限频率，该束光的波长太长；
8．下列说法正确的是（）
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，发现了原子是可以再分的
B．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
C．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最大能量
D．裂变时释放能量是因为发生了亏损质量
答案：D
解析：解答：A、卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型；故A错误；
B、β射线的本质的电子流，γ射线是电磁波，故B错误；
C、根据分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量．故C不正确；
D、根据爱因斯坦质能方程可知，裂变时释放能量是因为发生了亏损质量，故D正确；
故选：D
分析：卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型．
比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
9．下列说法中正确的是（）
A．α粒子散射实验表明了原子核具有复杂结构
B．石墨在反应堆起到降低核反应速度的作用
C．燃料铀在反应堆中发生裂变反应
D．将铀棒插入得更深些，反应堆的核反应速度将降低
答案：C
解析：解答：A、a粒子散射实验说明原子具有核式结构，不能说明原子核具有复杂结构；故A错误；
B、石墨在反应堆中起到将快中子转换为热中子的作用，可以加快核反应速度；故B错误；
C、核反应堆中的燃料铀发生裂变反应，从而释放出大量热量；故C正确；
D、将铀棒插入的更深一些后，与中子接触的铀原子增大，反应堆的核反应速度将加快，故D错误；
故选：C．
分析：原子核反应堆中铀棒是核反应堆的燃料，镉棒是吸收中子的材料，慢化剂（如石墨、重水等）起减慢裂变产生的快中子的速度，冷却剂把反应堆的热量传递出去，同时使反应堆冷却．
10．在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（）
A．水 B．镉 C．氧 D．氢
答案：A
解析：解答：在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂，故A正确．
故选：A．
分析：解决本题应掌握：在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．
11．下列说法正确的是（）
A．TH核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
D．β射线是由原子核外的电子电离产生
答案：B
解析：解答：A、Tn核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少了4，中子数减少2，故A错误；
B、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，B正确；
C、半衰期与外界因素无关，故温度改变时，半衰期不变；故C错误；
D、β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子．故D错误．
故选：B
分析：α衰变生成氦原子核，质量数少4，质子数少2，太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，半衰期与外界因素无关，β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子．
12．下列说法正确的是（）
A．88226Ra衰变为86222Rn要经过1次α衰变和1次β衰变
B．23592U+10n→14156Ba+9236KR+310n此方程是核裂变方程
C．42He+94Be→126C+X此方程中X是质子
D．12H+13H→10n+X此方程中X是质子
答案：B
解析：解答：A、设经过X次α衰变、Y次β衰变，则由226﹣222=4X，88﹣2X+Y=86，解得X=1，Y=0，故A错误；
B、裂变是质量较重的核裂变为质量中等的核，则23592U+10n→14156Ba+9236KR+310n此方程是核裂变方程，故B正确；
C、根据质量数和电荷数守恒知：X为10n，即为中子，故C不正确；
D、根据质量数和电荷数守恒知：X为42n，即为氦核，故D错误；
故选：B
分析：由质量数和电荷数守恒判断衰变次数，裂变是质量较重的核裂变为质量中等的核，由质量数和电荷数守恒判断X．
13．二十世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，如图中M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装有银箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．则该装置是（）
A．卢瑟福的α粒子散射实验装置
B．卢瑟福发现质子的实验装置
C．汤姆生发现电子的实验装置
D．查德威克发现中子的实验装置
答案：B
解析：解答：本装置是卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子的装置，故B正确．
故选：B
分析：明确卢瑟福发现质子的实验装置即可解题．
14．下列说法正确的是（）
A．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
B．C的半衰期会随着周围环境的温度的变化而改变
C．在核聚变反应中，反应物的总质量等于生成物的总质量
D．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转
答案：D
解析：解答：A、同一元素的两种同位素具有相同的质子数、不同的质量数．故A错误．
B、半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关，故B错误．
C、在核聚变反应中，伴随能量的产生，故反应物的总质量不可能等于生成物的总质量，质量要发生亏损，故C错误．
D、在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，故D正确．
故选：D．
分析：同位素具有相同的质子数、不同的质量数．半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关．在核聚变反应中，质量要发生亏损．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转．
15．下列说法中不正确的是（）
A．目前已经建成的核电站的能量来自于重核裂变
B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
C．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
D．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，原子总能量增加
答案：B
解析：解答：A、已建成的核电站的能量来自于重核裂变，故A正确；
B、自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能．故B错误；
C、卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射，绝大多数不偏转，从而提出了原子核式结构模型，故C正确；
D、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，克服库仑力做功，电子的电势能增大，动能减小，原子总能量增加．故D正确．
故选：B
分析：核电站的能量来自于重核裂变；
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
α粒子散射实验提出原子核式结构模型；玻尔理论，电子半径变大时，动能减小，电势能增大，而原子总能量增大．
二．填空题
16．用动能为Ek1的中子轰击静止的锂核（36Li），发生核反应，产生动能为Ek2的氚核和一个α粒子，并放出能量，写出核反应方程式 ．
答案：36Li+01n﹣→13H+24He+4.8MeV
解析：解答：由题意可知反应物及生成物，根据质量数和电荷数守恒可得
36Li+01n﹣→13H+24He+4.8MeV
故答案为：36Li+01n﹣→13H+24He+4.8MeV
分析：由题意可知由中子轰击锂核生成氚核和一个α粒子；根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程．
17．氦3是一种十分清洁、安全的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．研究发现在太阳内部两个氘核可聚变成氦3，则两个氘核聚变成He核的核反应方程为 ．
答案：nH+H→He+n
解析：解答：根据质量数守恒和核电荷数守恒知，聚变的核反应方程：nH+H→He+n
故答案为：H+H→He+n
分析：根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式．
18．能的转化有方向性，符合能量守恒的过程 （选填“一定”或“不一定”）能发生．核电站是利用 （选填“重核裂变”或“化学反应”）获得核能并将其转为电能．
答案：不一定|重核裂变
解析：解答：能的转化有方向性，符合能量守恒定律过程并不一定能发生；如内能不能全部转化为机械能，除非引起其他方面的变化；
现阶段的核电站均是采用重核裂变而获得电能的；
故答案为：不一定，重核裂变
分析：根据热力学第二定律可明确能量守恒的方向性；明确核电站是利用重核裂变而放出核能驱动发电机发电的．
19．如图所示实验装置可实现原子核的人工转变，当装置的容器内通入气体B时，荧光屏上观察到闪光．图中气体B是 ，使荧光屏出现闪光的粒子是 ．
答案：氮气|质子
解析：解答：该装置是卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子的实验装置，图中气体B是氮气，核反应方程为24He+714N→817O+11H，可知使荧光屏出现闪光的粒子是质子．
故答案为：氮气，质子．
分析：卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变．
20．核反应堆中的燃料是 ．用石墨、重水等作为 ，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收．用镉棒来 ，以控制反应的 ，再用水等流体在反应堆内外循环流动，传输反应中产生的热量．
答案：铀|慢化剂|吸收中子|速度
解析：解答：核反应堆中的燃料是铀，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．用镉棒来吸收中子，以控制反应速度．
故答案为：铀，慢化剂，吸收中子，速度．
分析：核反应堆中的燃料是铀，石墨、重水等可以作为慢化剂，镉棒可以吸收中子，控制反应速度．
三．解答题
21．关于人类对原子核的研究，历史上曾用α粒子轰击氮14发现了质子．设α粒子的运动方向为正方向，已知碰撞前氮14静止不动，α粒子速度为v0=3×107m/s，碰撞后氧核速度为v1=0.8×107m/s，碰撞过程中各速度始终在同一直线上，请写出这个核反应的方程式，并求碰撞后质子的速度大小．（保留两位有效数字）
答案：解答：根据质量数和电荷数守恒可得α粒子轰击氮核方程为：
147N+42He→178O+11H
根据动量守恒定律得，
mHev0=m0v1+mHv
解得v=﹣1.6×107m/s
碰撞后质子的速度大小为1.6×107m/s
答：核反应的方程式为147N+42He→178O+11H，碰撞后质子的速度大小为1.6×107m/s．
解析：解答：根据质量数和电荷数守恒可得α粒子轰击氮核方程为：
147N+42He→178O+11H
根据动量守恒定律得，
mHev0=m0v1+mHv
解得v=﹣1.6×107m/s
碰撞后质子的速度大小为1.6×107m/s
答：核反应的方程式为147N+42He→178O+11H，碰撞后质子的速度大小为1.6×107m/s．
分析：根据质量数和电荷数守恒可以正确书写核反应方程，α粒子轰击静止的氮核过程中动量守恒，因此根据动量守恒可正确解答该题．
22．核电站利用原子核链式反应放出的世大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料，U受一个中子轰击后裂变成Ba和KR两部分，并产生多少个中子？要使链式反应发生，裂变物质的体积跟它的临界体积关系？
答案：解答：U受一个中子轰击后裂变成Ba和KR两部分，根据根据电荷数和质量数守恒有：92=56+36，235+1=144+89+X×1，解得X=3，所以中子个数为3．
链式反应的条件：大于临界体积，因此当物质体积小于临界体积时，链式反应不能进行．
解析：解答：U受一个中子轰击后裂变成Ba和KR两部分，根据根据电荷数和质量数守恒有：92=56+36，235+1=144+89+X×1，解得X=3，所以中子个数为3．
链式反应的条件：大于临界体积，因此当物质体积小于临界体积时，链式反应不能进行．
分析：正确解答本题需要掌握：聚变和裂变反应的特点以及应用；质量数和电荷数守恒在核反应中的应用以及质子数、中子数、质量数等之间关系．
23．铀核裂变的一种方式是：U+n→Nd+ZR+3n+8X，该反应的质量亏损是0.2U，1U相当于931.5MeV的能量．
（1）核反应方程中的X是什么？
答案：根据质量数和电荷数守恒得：质量数为0，核电荷数为﹣1，故此粒子是电子
（2）该反应放出的能量是多少J？（结果保留3位有效数字）
答案：该核反应质量亏损为：△m=0.2U=0.2×931.5MeV=2.98×10﹣11J
解析：解答：① 根据质量数和电荷数守恒得：质量数为0，核电荷数为﹣1，故此粒子是电子② 该核反应质量亏损为：△m=0.2U=0.2×931.5MeV=2.98×10﹣11J
故答案为：① ，② 2.98×10﹣11
分析：① 根据质量数和电荷数守恒进行配平．
② 先求出铀核裂反应过程质量的亏损△m，再爱因斯坦质能方程求放出的能量．
24．一质子束入射到静止靶核AL上．产生如下核反应：P+AL→X+n，式中P代表质子．n代表中子，X代表核反应产生的新核，由反应式可知．新核X的质子数为多少？中子数为多少？
答案：解答：质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0=14，质量数为1+27﹣1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27﹣14=13．
故答案为：14，13．
解析：解答：质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0=14，质量数为1+27﹣1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27﹣14=13．
故答案为：14，13．
分析：根据电荷数守恒、质量数守恒，得出新核的质子数和中子数．
25．静止的镭226（Ra）发生α衰变，生成氡222（Ra），如果衰变中放出的能量都转化为α粒子和氡核的动能．
（1）写出衰变方程；
答案：衰变方程22688Ra→42He+22286Rn
（2）求α粒子与氡核的动能之比；
答案：生成的原子核动量守恒，设α粒子质量为m，氡的质量为M，
由MV=mv
知V：v′=m：M=4：222=2：111
则：mv′2：MV2=×4×1112：×222×22=111：2
（3）若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的方向垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比．
答案：α粒子与氡核在匀强磁场中做方向相反的匀速圆周运动，
则由：R=知半径与电荷数成反比
所以Rα：RRn=qRn：qα=86：2=43：1
解析：解答：（1）22688Ra→42He+22286Rn（2）生成的原子核动量守恒，设α粒子质量为m，氡的质量为M，
由MV=mv
知V：v′=m：M=4：222=2：111
则：mv′2：MV2=×4×1112：×222×22=111：2（3）α粒子与氡核在匀强磁场中做方向相反的匀速圆周运动，
则由：R=知半径与电荷数成反比
所以Rα：RRn=qRn：qα=86：2=43：1
答：（1）衰变方程22688Ra→42He+22286Rn；（2）α粒子与氡核的动能之比111：2；（3）轨道半径之比43：1．
分析：（1）由质数和核电荷数守恒写核反应方程．（2）由动量守恒知速度之比，再求动能之比．（3）由动量守恒定律和半径公式求半径之比．
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