高中物理粤教版选修3-5同步练习课时跟踪检测（十九）+裂变和聚变+Word版含解析

课时跟踪检测（十九） 裂变和聚变
一、选择题(第1～5题为单选题，第6～8题为多选题)
1．下列核反应方程，属于裂变反应的有(　　)
A.U→Th＋He
B.U＋n→Ba＋Kr＋3n
C.P→Si＋e
D.Be＋He→6C＋n
解析：选B　A选项是α衰变，B选项是裂变，C选项是放射性元素的衰变，D选项是查德威克发现中子的人工转变方程，故B正确，A、C、D错。
2．央视报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗，终于建成了世界上第一个全超导的托卡马克试验装置并调试成功；这种装置被称为“人造太阳”(如图)，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是(　　)
A.N＋He→O＋H
B.H＋H→He＋n
C.U→Th＋He
D.U＋n→Ba＋Kr＋3n
解析：选B　由题意可知，核反应为聚变反应，故C、D错。由质量数和电荷数守恒可知A错，B对。
3．(福建高考)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是(　　)
A．γ射线是高速运动的电子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D.Bi的半衰期是5天，100 gBi经过10天后还剩下50 g
解析：选B　β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误。氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确。太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误。10天为两个半衰期，剩余的Bi为100×g＝100×2g＝25 g，选项D错误。
4．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是(　　)
A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损
B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加
C．裂变过程和聚变过程都有质量增加
D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损
解析：选D　裂变和聚变中都有核能的释放，由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知均有质量亏损，故D对。
5．使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到r0，也就是接近到核力能够发生作用的范围，温度很高时，由氘原子构成的物质将成为等离子体，已知等离子体热运动的平均动能为Ek＝k1T，式中k1为波尔兹曼常量，T为热力学温度，两个氘核之间的电势能为Ep＝k，k为静电力常量，r为核之间的距离，则使氘核发生聚变的温度至少应为(　　)
A.　　　　　　 B.
C. D.
解析：选B　由能量守恒定律可得Ek＝E p，即k1T＝k，解得T＝，选项B对。
6．下列关于聚变的说法中，正确的是(　　)
A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着裂变反应
解析：选ABC　轻核聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D错误。
7．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：
(1)U＋n→Sr＋Xe＋kn
(2)H＋H→He＋dn
关于这两个方程的下列说法，正确的是(　　)
A．方程(1)属于α衰变
B．方程(2)属于轻核聚变
C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1
D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1
解析：选BC　方程(1)应属于重核裂变而不是α衰变，选项A错误；方程(2)为轻核聚变，选项B正确；核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒，方程(1)中，235＋1＝90＋136＋k×1，解得k＝10，方程(2)中，2＋3＝4＋d×1，解得d＝1，故C正确、D错误。
8．(广东高考)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→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有(　　)
A．X是中子
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
解析：选AD　核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知X为n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y为Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误。两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误。X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工转变，H＋H→He＋n＋17.6 MeV为轻核聚变，选项D正确。
二、非选择题
9．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u。
(1)写出聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
解析：(1)聚变方程H＋2n→H
(2)质量亏损
Δm＝mH＋2mn－m
＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u
＝0.006 7 u
释放的核能
ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为
 MeV＝2.08 MeV。
答案：(1)H＋2n→H　(2)6.24 MeV
(3)2.08 MeV
10．(江苏高考)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，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________个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。
(2)取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)
解析：(1)核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：92U＋n―→56Ba＋Kr＋3n，即产生3个中子。临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积。
(2)组成α粒子的核子与α粒子的质量差
Δm＝(2mp＋2mn)－mα
结合能ΔE＝Δmc2
代入数据得ΔE＝4.3×10－12 J。
答案：(1)3　大于　(2)4.3×10－12 J
11．卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现质子。发现质子的核反应方程为N＋He→O＋H。已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氧核质量为mO＝17.004 54 u，氦核质量为mHe＝4.003 87 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u。(已知：1 uc2＝931 MeV，结果保留2位有效数字)求：
(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
(2)若入射氦核以v0＝3×107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1∶50。求氧核的速度大小。
解析：(1)由Δm＝mN＋mHe－mO－mp
得：Δm＝－0.001 29 u
所以这一核反应是吸收能量的反应
吸收能量为ΔE＝|Δm|c2＝0.001 29 uc2＝1.2 MeV。
(2)由动量守恒定律可得：
mHev0＝mOv氧＋mpvp
又v氧∶vp＝1∶50
可解得：v氧＝1.8×106 m/s。
答案：(1)吸收能量　1.2 MeV　(2)1.8×106 m/s