2019-2020学年鲁科版选修3-5 4.2核裂变 同步练习（解析版)

4.2核裂变
同步练习（解析版)
1．关于近代物理的知识，下列说法正确的有（　　）
①结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
②铀核裂变的一种核反应方程为→ + +2
③设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
④若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
⑤核泄漏事故污染物铯（Cs）137能够产生对人体有危害的辐射，其衰变方程为→ +x，由方程可判断x是电子
⑥→ +X中X为中子，核反应类型为衰变
⑦β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
⑧放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子
⑩平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
2．现有两动能均为E0＝0.35 MeV的在一条直线上相向运动，两个发生对撞后能发生核反应，得到和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为和新粒子的动能．已知的质量为2.014 1 u，的质量为3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为
B．核反应前后不满足能量守恒定律
C．新粒子的动能约为3 MeV
D．的动能约为4 MeV
3．+→+x为太阳内部发生的一种核反应的方程，其中x是
A．质子 B．中子
C．电子 D．正电子
4．对下列各原子核变化的方程，表述正确的是
A．是核聚变反应
B．是衰变
C．是核裂变反应
D．是β衰变
5．日本福岛核电站曾因大地震及海啸而产生核灾难，从而凸显出安全使用核能发电的重要性。铀是核反应堆的重要原料，其中原子核只有在被能量很大的快中子轰击时，才能发生裂变且概率很小；而原子核吸收慢中子后即可产生核分裂，分裂后获得的能量可用来发电。下列关于铀核的说法正确的是
A．是一种重核裂变方程
B．是重核裂变方程
C．核裂变需要很高的温度，所以属于热核反应
D．核裂变后释放的中子不能引起下一次核裂变
6．秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击变成、和若干个中子，已知、、的比结合能分别为7.6MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则
A．该核反应方程为
B．要发生该核反应需要吸收能量
C．比更稳定
D．该核反应中质量增加
7．如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能连减少变为慢中子。下列说法不正确的是（ ）
A．中子的速度不能太快，否则不能发生核裂变
B．链式反应是指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
C．裂变之后的新核氪的比结合能小于铀核的比结合能
D．一个裂变释放的能量是200MeV，则该核反应中质量亏损约为
8．关于下列四幅图说法正确的是（ ）
A．图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素
B．图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速
C．图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大
D．图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显
9．下列说法正确的是（）
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象说明了光具有粒子性。
B．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，新形成的原子核会辐射γ光子，形成γ射线。
C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量
D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是
10．下列说法正正确的是（ ）
A．重核裂变后，新核的比结合能增大，裂变过程放出能量
B．康普顿效应是电磁波波动性的有力证据
C．静止的重核在真空匀强磁场中发生衰变，如果新核与粒子在磁场中恰好做匀速圆周运动，新核逆时针旋转，则粒子一定也逆时创旋转
D．氢原子的核外电子在不同的能级间跃迁时会发出很多种不同频率的电磁波，其中包括γ射线
11．已知氘核()质量为2.0136 u，中子()质量为1.0087 u，氦核()质量为3.0150 u，1 u相当于931.5 MeV．
(1)写出两个氘核聚变成的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)。
12．一个静止的铀核，(原子质量为放出一个粒子原子质量为后衰变成钍核(原子质量为已知：原子质量单位，1u相当于
（1）写出核衰变反应方程；
（2）算出该核衰变反应中释放出的核能．
13．一个速率为v的正电子与一相等速率的电子相向正碰， 产生两个光子，此过程中电子的动能和质量亏损对应的能量全部转化为光子的能量。已知电子质量为m，光速为c，则产生光了的波长为_____动量为_____。
14．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：.
①若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，的质量为m4，则这个反应释放的核能=_______ .
②若已知的平均结合能是2.78MeV，的平均结合能是1.09MeV，的平均结合能是7.03MeV， 则这个反应释放的核能=_______MeV。（结果保留三位有效数字）
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
①平均结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，故①错误；
②铀核裂变的一种核反应方程是U+n→Ba+Kr+3n，故②错误；
③质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损△m=2m1+2m2-m3，由质能方程可知，释放的能量△E=△mc2=（2m1+2m2-m3）c2，故③正确；
④辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故④正确；
⑤根据质量数和核电荷数守恒，可以写成其衰变方程为Cs→Bax，由方程可判断x是电子，故⑤正确；
⑥U→Th+X中X为α粒子，核反应类型为α衰变，故⑥错误；
⑦β衰变中，β粒子为电子，是由原子核的中子衰变成质子和电子释放出来的，而不是来自核外的电子，所以β衰变现象并不能够说明电子是原子核的组成部分，故⑦错误；
⑧放射性元素的半衰期非常稳定，和随温度变化无关，故⑧错误；
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子，是由原子核内部中子衰变成质子和电子释放出来的，故⑨错误；
⑩比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，要向外释放核能，故⑩正确。
故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点睛】
本题考查了近代物理的知识。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。
结合近代物理的知识，掌握平均结合能、核裂变、质能方程、质量数和核电荷数守恒等基本概念就可以解题。
2．C
【解析】
【详解】
A．由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知＋→＋，则新粒子为中子。故A错误。
B．核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律。故B错误。
CD．由题意可知
ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV
根据核反应中系统的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝，可知
＝
解得：
EkHe＝·(2E0＋ΔE)≈1 MeV
Ekn＝ (2E0＋ΔE)≈3 MeV
故C正确、BD错误。
3．B
【解析】
【详解】
根据质量数守恒，x是质量数为1，根据电荷数守恒，x电荷数为0，x为中子。
A．质子，与结论不相符，选项A错误；
B．中子，与结论相符，选项B正确；
C．电子，与结论不相符，选项A错误；
D．正电子，与结论不相符，选项D错误；
4．A
【解析】
【详解】
A、方程是轻核的聚变方程，选项A正确；
B、方程是原子核的人工转变方程，选项B错误；
C、方程是β衰变方程，选项C错误；
D、方程是重核的裂变方程，选项D错误；
故选A.
【点睛】
解决本题的关键知道核裂变和核聚变的区别，知道α衰变、β衰变是自发进行的，核裂变不能自发进行，需其它粒子轰击．
5．A
【解析】
【详解】
A.是铀核被中子轰击后裂变成两个中等质量的核 所以此反应为核裂变，所以该反应是重核裂变方程。故A正确。
B. 是重核的衰变方程。故B错误。
C. 链式反应只需要中子去轰击即可，不需要很高的温度。故C错误。
D. 原子核吸收慢中子后，每次核裂变后释放的中子仍可以引起下一次核裂变。故D错误。
6．C
【解析】
【详解】
A. 该核反应方程为，选项A错误；
B. 发生该核反应需要放出能量，选项B错误；
C. 比的比结合能大，则更稳定，选项C正确；
D. 该核反应中放出能量，则有质量亏损，质量减小，选项D错误。
7．C
【解析】
【详解】
A.中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，故A正确；
B.链式反应是指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，故B正确；
C.重核裂变，质量亏损，释放核能，比结合能大的原子核稳定，故新核氪的比结合能大于铀核的比结合能，故C错误；
D. 根据爱因斯坦质能方程可知，一个裂变释放的能量是200MeV，此过程中的质量亏损为：
故D正确。
8．C
【解析】
【详解】
A、射线穿透力弱，一张薄纸就可挡住，射线穿透力较强，可穿过几mm厚铝板，射线穿透力最强，可穿过几cm铅板，所以图①中的放射性同位素应选择衰变时放出射线的同位素，故A错误。
B、镉棒不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故B错误。
C、光子碰撞电子后，根据能量守恒，电子获得了能量，则光子能量减少，光子能量为E=h，h是常量，所以光的频率变小，光速c不变，光子的波长＝，频率变小，则波长变长，故C正确。
D、根据德布罗意波的波长=知，电子的动量越大，其波长就越短，衍射现象就越不明显，故D错误。
故选：C
9．ABD
【解析】
【详解】
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，此现象称为康普顿效应，故A正确；
B．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变；放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，因此γ射线经常伴随α射线和β射线产生，故B正确；
C．结合能是指由于核子结合成原子核而放出的能量，不是原子核具有的能量，故C错误；
D．该核反应方程式符合质量数守恒与电荷数守恒，故D正确；
10．AC
【解析】
【详解】
A.重核裂变后变为中等质量的核，中等质量的新核的比结合能增大，裂变过程有质量亏损，要放出能量，故A正确；
B.康普顿效应有力的证明了光具有粒子性，故B错误；
C.静止的重核在真空匀强磁场中发生衰变，新核与粒子都带正电，衰变后方向相反，则新核逆时针旋转，则粒子一定也逆时创旋转，故C正确；
D.γ射线是原子核受激辐射而产生的，原子核衰变和核反应均可产生γ射线；氢原子的核外电子在不同的能级间跃迁时发出很多种不同频率的电磁波，其中不包括γ射线，故D错误。
11．（1） （2）3.26 MeV
【解析】解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程为
(2)质量亏损
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以核反应中释放的核能为
12．（1） （2）5.49MeV
【解析】
【详解】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为：；
（2）该核衰变反应中质量亏损为：△m=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u，
?根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能△E=△m?c2=0.0059×931=5.49MeV；
13．
【解析】
【详解】
反应后生成的一对光子的总能量为： ，则
由可得
14． 17.6
【解析】
【详解】
①该方程的质量亏损为△m=m1+m2-m3-m4，
根据爱因斯坦质能方程：△E=△mc2=（m1+m2-m3-m4）c2．②聚变反应前 和的总结合能为：E1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV反应后生成的氦核的结合能为：E2=7.03×4MeV=28.12MeV所以反应释放的核能△E=E2-E1=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV