山东省宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.2核裂变 课时练（含解析）

4.2核裂变
1．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→＋＋4.9 MeV和，下列表述正确的有( )
A．X是电子
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
2．+→+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
3．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
4．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
5．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
6．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
7．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
8．物质发射射线的性质称为放射性。钚的放射性同位素衰变为铀核激发态和粒子，而铀核激发态立即变为铀核，并放出光子。己知、和粒子的质量分别为239.0521u、235.0439u和4.0026u，1u＝931.5MeV，则衰变成的过程中释放的能量为
A．54MeV B．5.2MeV C．0.56MeV D．0.084MeV
9．对核反应的下列说法正确的是
A．核反应方程是属于衰变
B．发生核反应需要吸收能量
C．核反应是属于裂变
D．发生衰变实质是质子向中子转变
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．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
235.0439 1.0087 138.9178 93.9154
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位为单位），已知的质量对应的能量为，此裂变反应释放出的能量是______。
12．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料，受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要___________（填“大于”或“小于”）它的临界体积.
13．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量，中子质量，氚核质量。（表示原子质量单位，相当于）
（1）写出核聚变方程；
（2）在聚变过程中释放出的核能为多少？（结果保留三位有效数字）
14．一静止的核经一次α衰变成为一个新核，释放出的总动能为4.76MeV。问此衰变后新核的动能为多少？
参考答案
1．D
【详解】
根据质子数守恒和质量数守恒可知X是中子，A错误；Y的质子数为3，中子数为3，B错误；两反应均放出能量，由质能方程可知一定有质量亏损，则C错误；氘和氚的核反应是核聚变反应，则D正确；故选D．
【点睛】
解决本题的关键知道核聚变的特点，知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒，基础题．
2．B
【解析】
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；
3．A
【解析】
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．
4．A
【解析】
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。
5．C
【解析】
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。
6．C
【解析】
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。
7．C
【解析】
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
8．B
【解析】
衰变方程为，，合起来为，上述衰变过程的质量亏损为，则放出的能量为。
ACD.由上分析可知衰变成的过程中释放的能量为5.2MeV，ACD错误；
B.由上分析可知衰变成的过程中释放的能量为5.2MeV，B正确。
9．C
【解析】
A中核反应属于人工转变方程，选项A错误；B中核反应是轻核聚变，放出能量，选项B错误；C中核反应是重核裂变反应，选项C正确；发生衰变实质是中子向质子转变时，放出电子，选项D错误；故选C.
10．AC
【解析】
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．
【解析】
[1].此裂变反应的质量亏损为：
由1u的质量对应的能量为
12．3 大于
【解析】
第一空.受一个中子轰击后裂变成和两部分，根据根据电荷数和质量数守恒有：，，解得，所以中子个数为3；
第二空.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．
【点睛】
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；裂变和聚变是在原子物理中学习的两种重要反应，要明确它们的特点以及应用，熟练应用质量数和电荷数守恒解答有关问题．
13．（1）（2）6.24MeV
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可知，
核反应方程式为：；
（2）该核反应中质量亏损：，
则释放的核能：。
14．0.08MeV
【解析】
选择正确的研究对象，根据动量守恒定律和能量守恒定律列式求出问题。
【详解】
设新核为X，据题意知此α衰变的衰变方程为：，
根据动量守恒定律得mαvα=mXvx，
式中，mα和mX分别为α粒子和X核的质量，vα和vx分别为α粒子和X核的速度的大小，由题设条件知：
，
，
联立解得，
代入数据得X核的动能为.
【点睛】
本题考查动量守恒定律和爱因斯坦质能方程的应用，属于中等题型。