广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.5裂变和聚变 同步练习（含解析）

4.5裂变和聚变
1．一个氘核（）与一个氚核（）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，则聚变过程中
A．吸收能量，生成的新核为 B．吸收能量，生成的新核为
C．放出能量，生成的新核为 D．放出能量，生成的新核为
2．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：，若已知的质量为，的质量为，的质量为，x的质量为，则下列说法中正确的是　　
A．x是质子
B．x是电子
C．这个反应释放的核能为
D．和在常温下就能够发生聚变
3．核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源，据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是（ ）
A．
B．
C．
D．
4．下列关于原子和原子核的说法正确的是（　　）
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的
B．（铀）衰变为（镤）要经过1次α衰变和2次β衰变
C．质子与中子结合成氘核的过程中发生质量亏损并释放能量
D．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流
5．下列说法正确的是（　　）
A．不确定关系告诉我们，不能准确测量物体的位置或动量的值
B．天然放射现象揭示了原子具有核式结构
C．原子核衰变的半衰期不受温度压强影响，但与元素的状态有关
D．氢弹的原理是核聚变，同等情况释放的能量大于原子弹
6．下列说法正确的是（　　）
A．+X中X为中子，核反应类型为衰变
B．+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变
C．+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D．+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变
7．下列核反应方程中，属于裂变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
8．关于聚变和裂变，以下说法正确的是 (　　)
A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
B．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的热核反应
C．铀核裂变时一定同时放出3个中子
D．为了使裂变的链式反应容易进行，通常核电站使用铀235作为主要燃料
9．下列核反应方程属于衰变的是（? ）
A．
B．
C．
D．
10．“两弹-星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是
A． B．
C． D．
11．完成下列核反应方程式，并注明反应类型
(1) （______）；类型____________
(2) （_____） ；类型________
(3) （_____） ；类型_______
12．以下是四个核反应方程，请把X1、X2、X3和X4代表的核符号填写在核反应方程后面的空格内.
（1） （2）
（3） （4）
则X1：__________；X2：__________；X3：__________；X4___________.
13．已知氘核的质量为，中子的质量为，的质量为．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV．
（1）计算上述核反应中释放的能量．
（2）若两个氘核以相等的动能发生对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的和中子的动能各是多少？
14．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子
（1）确定核反应方程中a、b的值；
（2）在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力。设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W。若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
参考答案
1．D
【详解】
根据爱因斯坦质能方程，可知在核聚变中存在质量亏损，则核反应过程中一定会释放大量的能量，根据核反应过程中质量数守恒可得，解得，根据核反应过程中核电荷数守恒可得，解得，故新核为是，故选项D正确，A、B、C错误。
2．C
【解析】
AB．根据核反应方程式质量数和核电荷数守恒，可知x的电荷数是0，质量数是1，所以x是中子，故AB错误；
C．由质能方程可知，这个反应释放的核能为，故C正确；
D．和在只有在极高温度下才能够发生聚变反应，故D错误．
3．B
【解析】
根据各个核反应方程的特点，由衰变的特点与衰变方程分析判断即可。
【详解】
A．核反应方程属于核聚变方程，故A错误；
B．核反应方程属于放射性同位素的衰变，符合题意，故B正确；
C．核反应方程类的质量数不守恒，正确核反应方程为，属于核裂变，故C错误；
D．核反应方程属于人工核反应方程，故D错误。
【点睛】
本题主要考查衰变的实际应用，根据衰变的特点判断即可，较为简单。
4．C
【解析】
卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，并没有说原子核是由质子和中子组成的；核反应方程式要遵循质量数守恒、电荷数守恒规则；氢核聚变有质量亏损，释放能量；β衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放一个电子。
【详解】
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，并不是提出了原子核是由质子和中子组成的，故A错误；
B．质量数不变，则不经过α衰变；经过1次正电子衰变后，质子变中子，核电荷数减1，质量数不变。因此 （铀）衰变为 （镤）要经过1次正电子衰变，故B错误；
C．中子与质子结合成氘核的过程中能释放能量，故C正确；
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放一个电子，故D错误。
【点睛】
本题主要考查原子物理中的一些基本现象与规律，较为简单。
5．D
【解析】
A.根据测不准原理粒子，我们不能同时准确测量物体的位置和动量的值。故A错误；
B.天然放射现象揭示了原子核内部有复杂结构；而α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构。故B错误；
C.放射性元素的半衰期与元素是由其本身决定的，与所处的物理环境和化学状态无关。故C错误；
D.根据氢核聚变的特点可知，氢弹的原理是核聚变，同等情况释放的能量大于原子弹。故D正确
6．C
【解析】
A. +X中X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为衰变，选项A错误；
B. +Y中Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；
C. 根据电荷数和质量数守恒可知，+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；
D. +Z，其中Z质量数为1，电荷数为1，为质子 ，为人工转变方程，选项D错误。
7．D
【解析】
A. 属于原子核的人工转变方程，选项A错误；
B. ，属于衰变方程，选项B错误；
C. ，属于轻核聚变方程，选项C错误；
D. ，属于重核裂变反应，选项D正确.
8．BD
【解析】
A．核聚变是指质量小的原子核，在超高温和高压的条件下，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，释放巨大能量的一种核反应形式，故核聚变的条件是需要高温高压，故发生核聚变时不需要达到临界体积；发生核裂变才需要达到临界体积，故A错误；
B．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的热核反应，故B正确；
C．铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出多个中子，并不一定是3个中子；故C错误；
D．铀235受中子的轰击时，裂变的几率大，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。所以为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235；故D正确；
9．BC
【解析】
A.A是轻核的聚变反应，选项A错误；
B.B是β衰变方程，选项B正确；
C.C是α衰变方程，选项C正确；
D.D是重核的裂变，选项D错误。
10．BD
【解析】
A.是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程式，则A错误；
B.是原子弹爆炸裂变反应方程式，故B正确；
C.是α衰变方程，故C错误；
D.是氢弹爆炸聚变反应方程式，故D正确
11． 轻核聚变 原子核人工转变 α衰变
【解析】
（1）根据电荷数和质量数守恒，核反应方程式为：，属轻核聚变；
（2）根据电荷数和质量数守恒，核反应方程式为：，属原子核人工转变；
（3）根据电荷数和质量数守恒，核反应方程式为：，属α衰变方程．
点睛：此题关键是知道核反应质量数和电荷数守恒；四种反应类型：衰变方程、原子核的人工转变方程、核聚变方程和核裂变方程.
12．
【解析】
根据质量数和电荷数守恒得X1的电荷数为0，质量数为1，所以X1是中子；
同理X2的电荷数为1，质量数为0，所以X2为正电子；
X3的电荷数为2，质量数为4，所以X3是氦原子核；
X4的电荷数为-1，质量数为0，所以X4是负电子 ．
13．（1）（2）中子动能为：氦的动能为：
【解析】
（1）由质量数守恒和核电荷数守恒，写出核反应方程为：
则反应过程中质量减少了：
反应过程中释放的核能为： 。
（2）设核和的动量分别为和，由动量守恒定律得：
由此得和大小相等，由动能和动量关系及核和质量关系，得中子的动能是核动能的3倍，即：：：1
由能量守恒定律得：
由以上可以算出中子动能为：，氦的动能为：
14．①核反应方程中a、b的值分别为1和2；②运动质子速度至少为
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒判断中微子的质量数和电荷数；反应过程中根据动量守恒和能量守恒列式即可求解。
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知a=1，b=2．
（2）设运动质子速度为v，且以该速度方向为正方向，此过程中动量守恒，则有：mv0=2mv
根据能量守恒得：
解得：
【点睛】
解决本题的关键知道核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒，知道反应过程中根据动量守恒和能量守恒。