四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.5核裂变 同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.5核裂变 同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 300.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 11:05:51 | ||
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文档简介
3.5核裂变
1．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑。下列有关核反应的说法错误的是（ ）
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应中一定有质量亏损
C．，式中d＝2
D．铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小
2．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系是( )
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
3．山东海阳核电站是中国核电AP1000技术的标志性项目，其反应堆的核反应方程为，下列说法中正确的是（ ）
A．该反应中X是质子 B．该反应中X是电子
C．中有88个中子 D．的结合能比的结合能大
4．1964年10月16日，我国第一颗原子弹在罗布泊爆炸成功（如图），有力地打破了超级大国的核垄断，极大地提高了我国的国际地位，原子弹爆炸利用的核变化属于（ ）
A．衰变 B．衰变
C．核裂变 D．核聚变
5．第一代核弹头为原子弹，主要利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成。典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子，核反应方程为+→++x， 则该核反应方程中x和y分别为（ ）
A．10和36 B．3和36 C．36和3 D．2和36
6．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，核反应方程是，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（ ）
A．方程中的X表示中子
B．方程中的X表示电子
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
7．下列说法正确的是( )
A．结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定
B．衰变为，要经过4次α衰变及6次β衰变
C．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3)c2
8．关于近代物理学，下列说法正确的是
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律
B．电子的行射现象说明电子具有波动性
C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越大
D．目前我国核电站的能量来源于轻核聚变
9．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于发生了一次衰变放射出某种粒子，放射出的粒子与生成的新核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，得到一张两个相切圆的径迹照片如图所示。以m、q分别表示放出的粒子的质量和电荷量，放出的粒子运动的轨迹圆半径为R。则（ ）
A．放出的是α粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为顺时针
B．放出的是β粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为逆时针
C．若测得新核与放出的粒子的半径之比为1：60，则Z=122
D．若衰变过程中释放的核能全都转化为粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
10．下列说法正确的是（ ）
A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
B．发生了光电效应时，若增大人射光的强度，则光电流增大
C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
D．是重核的裂变反应
11．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子．已知： 和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________ MeV（结果保留3位有效数字）
12．（1）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源其核反应方程是_______；若，，.则该反应中发生的质量亏损是_______u；如果1u相当于931.5MeV能量，则该反应中释放的能量是_______MeV.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期______（填“较长”“较短”或“没有变化”）.
（2）利用光电转换装置可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是，光电转化效率为.已知太阳辐射的总功率为，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为，太阳光射到地球上经历的时间是.试求该太阳能电池能够输出的最大电功率______
13．在微观粒子的相互作用满足碰撞模型。以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速。在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子。以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由。
14．已知原子核的质量为209.98287u，原子核的质量为205.97446u，α粒子的质量为4.00260u，静止的核在衰变中放出α粒子后变成核，求：
(1)衰变过程中的质量亏损；
(2)衰变过程中释放的能量；
(3)衰变后的瞬间，α粒子和的动能。
参考答案
1．D
【解析】
本题考查对裂变反应的理解。
【详解】
A．目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力，A正确，不符合题意；
B．重核裂变释放能量，一定存在质量亏损，B正确，不符合题意；
C．由核反应中质量数守恒可知d＝2，C正确，不符合题意；
D．铀核裂变后生成的新核更稳定，比结合能比铀核的比结合能大，D错误，符合题意。
故选D。
2．B
【解析】
反应之前的质量为：m1+m3，反应后的质量为：m2，因此质量亏损为：△m=m1+m3-m2，因此需要验证的关系式为：△E＝(m1+m3?m2)c2，故B正确，ACD错误．
故选B。
3．C
【解析】
AB．设反应物的电荷数为x，则
解得
根据质量数守恒可知
所以反应物为中子，故AB错误；
C．中的中子数为
故C正确；
D．是重核，其原子核质量大于，结合能也更大，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】
原子弹是利用核裂变的链式反应原理制成的，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．B
【解析】
根据核反应中质量数守恒，有
235+1=144+89+x
解得x=3；再根据电荷数守恒，有
92+0=56+y+0
解得y=36，B项正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【解析】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量为0，电荷数为1，所以X表示正电子．AB错误；
C．这个核反应中质量亏损
C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程
可知，这个核反应中释放的核能
D错误。
故选C。
7．C
【解析】
比结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项A错误； 衰变为，发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：4x+222=238，解得x=4；2x-y+86=92，得y=2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故B错误；卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为，选项C正确；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，核反应是，根据质能方程，所释放的核能为ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2，选项D错误；故选C.
8．AB
【解析】
A.玻尔原子理论解释氢原子光谱，故A正确；
B.电子的衍射实验证实了物质波的存在，说明电子具有波动性，故B正确；
C.依据德布罗意波长公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C错误；
D.现已建成的核电站的能量均来自于核裂变，故D错误．
9．CD
【解析】
AB．原来静止的原子核带正电荷，衰变后，由于两个运动轨迹相外切，根据左手定则可知，放出的粒子也一定带正电荷，因此放出的是粒子，而且都做逆时针方向旋转，AB错误；
C．由于粒子在磁场中运动的轨道半径
粒子带两个单位正电荷，根据动量守恒，可知新核与粒子动量大小相等，因此
可得
C正确；
D．放出的粒子的轨道光径
可得粒子动能
由于动量守恒，剩余新核动能
总动能
根据
质量亏损为
D正确。
故选CD。
10．BD
【解析】
（1）粒子散射实验导致原子核式模型的建立，选项A错误；
（2）增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项B正确；
（3）天然放射现象中产生的射线在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；
（4）是重核的裂变反应，选项D正确．
故本题选BD．
11． （或中子） 17.6
【解析】
由核电荷数守恒可知，x粒子的核电荷数为1+1-2=0，由质量数守恒可知，x粒子的质量数为2+3-4=1，则x粒子是中子；
核反应过程中释放的能量为；
12． 0.0255 23.75 较短
【解析】
(1)[1]核反应方程为
[2]核反应的质量亏损为
[3]该核反应释放的能量为
[4]在很久很久以前，太阳的质量比现在的大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由
可知很久很久以前，地球公转的周期较短.
(2)[5]以太阳为中心，日地间距离为半径做一个球面，其表面积，
设接收板上获得的辐射功率为，当其正对太阳光时，获得功率最大，则
联立求解可得
则太阳能电池能够输出的最大电功率为
.
13．氢核减速效果最好，理由见解析。
【解析】
设中子与其它粒子碰撞前的速率为，中子与其它粒子发生完全弹性碰撞时，根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
解得碰后中子的速率
仅从力学角度分析，氢核减速效果最好。由于铅核质比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回。由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子将基本不会减速。由于中子质量与氢核质量相差不多，碰撞后中子的速率将会减小很多。
14．(1)5.81×10－3u；(2)5.41MeV；(3)5.31MeV；0.1MeV
【解析】
本题考查衰变核反应方程的理解以及衰变过程中的动量守恒。
【详解】
(1)衰变过程核反应方程式为
衰变过程中质量亏损为
Δm＝(209.98287－205.97446－4.00260)u＝0.00581u
(2)衰变过程中释放的能量为
ΔE＝0.00581×931MeV≈5.41MeV
(3)衰变前后系统的动量守恒，衰变前的动量为0，则根据动量守恒定律知，衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反．即有pα＝pPb，又Ek＝
得
又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，根据能量守恒得
Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.41MeV
解得α粒子从钋核中射出时的动能为
Ekα＝5.31MeV，EkPb＝0.1MeV
1．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑。下列有关核反应的说法错误的是（ ）
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应中一定有质量亏损
C．，式中d＝2
D．铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小
2．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系是( )
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
3．山东海阳核电站是中国核电AP1000技术的标志性项目，其反应堆的核反应方程为，下列说法中正确的是（ ）
A．该反应中X是质子 B．该反应中X是电子
C．中有88个中子 D．的结合能比的结合能大
4．1964年10月16日，我国第一颗原子弹在罗布泊爆炸成功（如图），有力地打破了超级大国的核垄断，极大地提高了我国的国际地位，原子弹爆炸利用的核变化属于（ ）
A．衰变 B．衰变
C．核裂变 D．核聚变
5．第一代核弹头为原子弹，主要利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成。典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子，核反应方程为+→++x， 则该核反应方程中x和y分别为（ ）
A．10和36 B．3和36 C．36和3 D．2和36
6．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，核反应方程是，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（ ）
A．方程中的X表示中子
B．方程中的X表示电子
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
7．下列说法正确的是( )
A．结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定
B．衰变为，要经过4次α衰变及6次β衰变
C．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3)c2
8．关于近代物理学，下列说法正确的是
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律
B．电子的行射现象说明电子具有波动性
C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越大
D．目前我国核电站的能量来源于轻核聚变
9．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于发生了一次衰变放射出某种粒子，放射出的粒子与生成的新核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，得到一张两个相切圆的径迹照片如图所示。以m、q分别表示放出的粒子的质量和电荷量，放出的粒子运动的轨迹圆半径为R。则（ ）
A．放出的是α粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为顺时针
B．放出的是β粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为逆时针
C．若测得新核与放出的粒子的半径之比为1：60，则Z=122
D．若衰变过程中释放的核能全都转化为粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
10．下列说法正确的是（ ）
A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
B．发生了光电效应时，若增大人射光的强度，则光电流增大
C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
D．是重核的裂变反应
11．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子．已知： 和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________ MeV（结果保留3位有效数字）
12．（1）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源其核反应方程是_______；若，，.则该反应中发生的质量亏损是_______u；如果1u相当于931.5MeV能量，则该反应中释放的能量是_______MeV.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期______（填“较长”“较短”或“没有变化”）.
（2）利用光电转换装置可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是，光电转化效率为.已知太阳辐射的总功率为，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为，太阳光射到地球上经历的时间是.试求该太阳能电池能够输出的最大电功率______
13．在微观粒子的相互作用满足碰撞模型。以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速。在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子。以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由。
14．已知原子核的质量为209.98287u，原子核的质量为205.97446u，α粒子的质量为4.00260u，静止的核在衰变中放出α粒子后变成核，求：
(1)衰变过程中的质量亏损；
(2)衰变过程中释放的能量；
(3)衰变后的瞬间，α粒子和的动能。
参考答案
1．D
【解析】
本题考查对裂变反应的理解。
【详解】
A．目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力，A正确，不符合题意；
B．重核裂变释放能量，一定存在质量亏损，B正确，不符合题意；
C．由核反应中质量数守恒可知d＝2，C正确，不符合题意；
D．铀核裂变后生成的新核更稳定，比结合能比铀核的比结合能大，D错误，符合题意。
故选D。
2．B
【解析】
反应之前的质量为：m1+m3，反应后的质量为：m2，因此质量亏损为：△m=m1+m3-m2，因此需要验证的关系式为：△E＝(m1+m3?m2)c2，故B正确，ACD错误．
故选B。
3．C
【解析】
AB．设反应物的电荷数为x，则
解得
根据质量数守恒可知
所以反应物为中子，故AB错误；
C．中的中子数为
故C正确；
D．是重核，其原子核质量大于，结合能也更大，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】
原子弹是利用核裂变的链式反应原理制成的，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．B
【解析】
根据核反应中质量数守恒，有
235+1=144+89+x
解得x=3；再根据电荷数守恒，有
92+0=56+y+0
解得y=36，B项正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【解析】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量为0，电荷数为1，所以X表示正电子．AB错误；
C．这个核反应中质量亏损
C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程
可知，这个核反应中释放的核能
D错误。
故选C。
7．C
【解析】
比结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项A错误； 衰变为，发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：4x+222=238，解得x=4；2x-y+86=92，得y=2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故B错误；卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为，选项C正确；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，核反应是，根据质能方程，所释放的核能为ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2，选项D错误；故选C.
8．AB
【解析】
A.玻尔原子理论解释氢原子光谱，故A正确；
B.电子的衍射实验证实了物质波的存在，说明电子具有波动性，故B正确；
C.依据德布罗意波长公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C错误；
D.现已建成的核电站的能量均来自于核裂变，故D错误．
9．CD
【解析】
AB．原来静止的原子核带正电荷，衰变后，由于两个运动轨迹相外切，根据左手定则可知，放出的粒子也一定带正电荷，因此放出的是粒子，而且都做逆时针方向旋转，AB错误；
C．由于粒子在磁场中运动的轨道半径
粒子带两个单位正电荷，根据动量守恒，可知新核与粒子动量大小相等，因此
可得
C正确；
D．放出的粒子的轨道光径
可得粒子动能
由于动量守恒，剩余新核动能
总动能
根据
质量亏损为
D正确。
故选CD。
10．BD
【解析】
（1）粒子散射实验导致原子核式模型的建立，选项A错误；
（2）增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项B正确；
（3）天然放射现象中产生的射线在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；
（4）是重核的裂变反应，选项D正确．
故本题选BD．
11． （或中子） 17.6
【解析】
由核电荷数守恒可知，x粒子的核电荷数为1+1-2=0，由质量数守恒可知，x粒子的质量数为2+3-4=1，则x粒子是中子；
核反应过程中释放的能量为；
12． 0.0255 23.75 较短
【解析】
(1)[1]核反应方程为
[2]核反应的质量亏损为
[3]该核反应释放的能量为
[4]在很久很久以前，太阳的质量比现在的大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由
可知很久很久以前，地球公转的周期较短.
(2)[5]以太阳为中心，日地间距离为半径做一个球面，其表面积，
设接收板上获得的辐射功率为，当其正对太阳光时，获得功率最大，则
联立求解可得
则太阳能电池能够输出的最大电功率为
.
13．氢核减速效果最好，理由见解析。
【解析】
设中子与其它粒子碰撞前的速率为，中子与其它粒子发生完全弹性碰撞时，根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
解得碰后中子的速率
仅从力学角度分析，氢核减速效果最好。由于铅核质比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回。由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子将基本不会减速。由于中子质量与氢核质量相差不多，碰撞后中子的速率将会减小很多。
14．(1)5.81×10－3u；(2)5.41MeV；(3)5.31MeV；0.1MeV
【解析】
本题考查衰变核反应方程的理解以及衰变过程中的动量守恒。
【详解】
(1)衰变过程核反应方程式为
衰变过程中质量亏损为
Δm＝(209.98287－205.97446－4.00260)u＝0.00581u
(2)衰变过程中释放的能量为
ΔE＝0.00581×931MeV≈5.41MeV
(3)衰变前后系统的动量守恒，衰变前的动量为0，则根据动量守恒定律知，衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反．即有pα＝pPb，又Ek＝
得
又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，根据能量守恒得
Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.41MeV
解得α粒子从钋核中射出时的动能为
Ekα＝5.31MeV，EkPb＝0.1MeV