4.5 裂变和聚变 习题（含解析）
图片预览
文档简介
第五节 裂变和聚变
(时间：60分钟)
考查知识点及角度
难度及题号
基础
中档
稍难
核裂变的理解及核能的计算
1、2、3
4、5
6
核聚变的理解及核能的计算
7、9
8
10
综合提升
11
12
13
知识点一 对核裂变的理解及核能的计算
1．裂变反应中释放出的能量来自于
( )．
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的比结合能变大，释放出能量
解析 发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，比结合能增加而释放出能量，C错误、D正确．
答案 D
2．(双选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核
( )．
A．一定是稳定的
B．所含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
解析 重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故两核中子数会比原来的重核减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．
答案 BD
3．(双选)关于铀核裂变，下列说法正确的是
( )．
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1
MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B、C正确．
答案 BC
4．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为
( )．
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
解析 铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大．
答案 A
5．一个U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U＋n―→X＋Sr＋2n，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
解析 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，故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．
答案 A
6．现有的核电站常用的核反应之一是：
U＋n―→Nd＋Zr＋3n＋8e＋ν
(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．
(2)已知铀核的质量为235.043
9
u，中子的质量为1.008
7
u，钕(Nd)核的质量为142.909
8
u，锆核的质量为89.904
7
u，试计算1
kg铀235裂变释放的能量为多少？
解析 (1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.核反应方程中用符号Zr表示．
(2)1
kg铀235中铀核的个数为
n＝＝2.56×1024(个)
不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212
u，释放的能量为
ΔE＝0.212×931.5
MeV＝197.5
MeV
则1
kg铀235完全裂变释放的能量为
E＝nΔE＝2.56×1024×197.5
MeV＝8.1×1013
J.
答案 (1)40 90 (2)8.1×1013
J
知识点二 对核聚变的理解及核能的计算
7．关于核聚变，以下说法不正确的是
( )．
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15
m以内，核力才能起作用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析 与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．
答案 B
8．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
( )．
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
解析 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误、B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．
答案 B
9．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地
( )．
A．衰变反应
B．人工核反应
C．裂变反应
D．热核反应
解析 太阳的内部时刻都在进行着轻核的聚变，即热核反应．
答案 D
10．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106
eV的能量，写出核反应方程，并计算1
g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．
解析 该反应的核反应方程为：4H―→He＋21e，由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为
E0＝
eV＝7×105
eV
1
g氢核(即1
mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个
应释放出的总能量E为：
E＝7×105×6.0×1023
eV＝4.2×1029
eV＝6.72×1010
J.
答案 见解析
11．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196
MeV的能量，则1
g纯92U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)
( )．
A．NA×196
MeV
B．235
NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D.×196
MeV
解析 由于1
mol的铀核质量为235
g，1
g铀235的摩尔数为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确．
答案 D
12．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104
t
TNT爆炸的能量(约8.4×1013
J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n＋201
MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
解析 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201
MeV的能量，则1
mol铀核裂变放出的能量为
E0＝6.02×1023×201
MeV＝1.936×1013
J
1
mol铀核的质量为0.235
kg，则原子弹中铀核的质量为
m＝×0.235
kg＝×0.235
kg＝1.02
kg.
答案 1.02
kg
13．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013
6
u，氦核质量mHe＝3.015
0
u，中子质量mn＝1.008
7
u.
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35
MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析 (1)核反应方程为：H＋H―→n＋He.
设反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003
5
u.
由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5
MeV＝0.003
5×931.5
MeV＝3.26
MeV.
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0＝mHevHe＋mnvn，
①
由能量守恒有：mHev＋mnv＝ΔE＋2Ek0.
②
由①②代入数据可得EkHe＝0.99
MeV，
Ekn＝2.97
MeV.
答案 (1)3.26
MeV (2)0.99
MeV 2.97
MeV
(时间：60分钟)
考查知识点及角度
难度及题号
基础
中档
稍难
核裂变的理解及核能的计算
1、2、3
4、5
6
核聚变的理解及核能的计算
7、9
8
10
综合提升
11
12
13
知识点一 对核裂变的理解及核能的计算
1．裂变反应中释放出的能量来自于
( )．
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的比结合能变大，释放出能量
解析 发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，比结合能增加而释放出能量，C错误、D正确．
答案 D
2．(双选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核
( )．
A．一定是稳定的
B．所含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
解析 重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故两核中子数会比原来的重核减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．
答案 BD
3．(双选)关于铀核裂变，下列说法正确的是
( )．
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1
MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B、C正确．
答案 BC
4．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为
( )．
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
解析 铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大．
答案 A
5．一个U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U＋n―→X＋Sr＋2n，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
解析 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，故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．
答案 A
6．现有的核电站常用的核反应之一是：
U＋n―→Nd＋Zr＋3n＋8e＋ν
(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．
(2)已知铀核的质量为235.043
9
u，中子的质量为1.008
7
u，钕(Nd)核的质量为142.909
8
u，锆核的质量为89.904
7
u，试计算1
kg铀235裂变释放的能量为多少？
解析 (1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.核反应方程中用符号Zr表示．
(2)1
kg铀235中铀核的个数为
n＝＝2.56×1024(个)
不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212
u，释放的能量为
ΔE＝0.212×931.5
MeV＝197.5
MeV
则1
kg铀235完全裂变释放的能量为
E＝nΔE＝2.56×1024×197.5
MeV＝8.1×1013
J.
答案 (1)40 90 (2)8.1×1013
J
知识点二 对核聚变的理解及核能的计算
7．关于核聚变，以下说法不正确的是
( )．
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15
m以内，核力才能起作用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析 与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．
答案 B
8．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
( )．
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
解析 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误、B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．
答案 B
9．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地
( )．
A．衰变反应
B．人工核反应
C．裂变反应
D．热核反应
解析 太阳的内部时刻都在进行着轻核的聚变，即热核反应．
答案 D
10．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106
eV的能量，写出核反应方程，并计算1
g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．
解析 该反应的核反应方程为：4H―→He＋21e，由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为
E0＝
eV＝7×105
eV
1
g氢核(即1
mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个
应释放出的总能量E为：
E＝7×105×6.0×1023
eV＝4.2×1029
eV＝6.72×1010
J.
答案 见解析
11．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196
MeV的能量，则1
g纯92U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)
( )．
A．NA×196
MeV
B．235
NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D.×196
MeV
解析 由于1
mol的铀核质量为235
g，1
g铀235的摩尔数为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确．
答案 D
12．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104
t
TNT爆炸的能量(约8.4×1013
J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n＋201
MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
解析 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201
MeV的能量，则1
mol铀核裂变放出的能量为
E0＝6.02×1023×201
MeV＝1.936×1013
J
1
mol铀核的质量为0.235
kg，则原子弹中铀核的质量为
m＝×0.235
kg＝×0.235
kg＝1.02
kg.
答案 1.02
kg
13．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013
6
u，氦核质量mHe＝3.015
0
u，中子质量mn＝1.008
7
u.
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35
MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析 (1)核反应方程为：H＋H―→n＋He.
设反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003
5
u.
由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5
MeV＝0.003
5×931.5
MeV＝3.26
MeV.
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0＝mHevHe＋mnvn，
①
由能量守恒有：mHev＋mnv＝ΔE＋2Ek0.
②
由①②代入数据可得EkHe＝0.99
MeV，
Ekn＝2.97
MeV.
答案 (1)3.26
MeV (2)0.99
MeV 2.97
MeV
同课章节目录