广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.5裂变和聚变 课时训练（含解析）
文档属性
| 名称 | 广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.5裂变和聚变 课时训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 423.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 粤教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-19 06:07:22 | ||
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文档简介
4.5裂变和聚变
1．近期热映的《流浪地球》这部电影获得了极大的好评，也涉及了许多物理知识，如氦闪、地球刹车和逃逸、木星的引力弹弓效应．太阳发生氦闪之前进行的是氢聚变，关于核反应的类型，下列表述正确的是
A．是衰变
B．是衰变
C．是核聚变
D．是核裂变
2．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核裂变
3．下列说法正确的是（ ）
A．射线是原子核外电子被电离形成的电子流
B．，其中X为中子
C．，X是的同位素
D．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变
4．下列说法正确的是（ ）
A．铀核裂变的核反应方程是
B．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越短能量越大
C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
D．一个基态的氢原子吸收光子跃迁到n=3激发态后，最多发射出三种频率的光子
5．下列说法正确的是 （ ）
A．γ射线比α射线的贯穿本领强
B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
6．氘核和氚核发生核反应的方程为，则粒子X是
A．电子 B．正电子 C．中子 D．质子
7．下列核反应方程属于衰变的是
A．
B．
C．
D．
8．下列对原子结构和原子核知识的认识中，正确的有
A．射线是在核外电子跃迁过程中产生的
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量主要来自于发生轻核聚变所释放的能量
D．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
9．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3．假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（ ）
A．核反应后氮核与中子的动量相同
B．该核反应释放的能量为
C．核反应后中子的动能为
D．核反应后氮核的动能为
10．下列说法中正确的是( )
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为+→+
B．铀核裂变的核反应是：→++2
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是
D．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大
11．（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108 K时,可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程He+___→Be+γ.?
(2)Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16 s.一定质量的Be,经7.8×10-16 s后所剩Be占开始时的____．
(3)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为___．该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为____．
(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．
12．随着现代科学的发展,大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识,下列有关原子、原子核的叙述正确的是(选填选项前的编号)________________________。?
①卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
②天然放射现象表明原子核内部有电子
③轻核聚变反应方程有
④氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从 n=2能级跃迁到n=1能级,前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长
13．太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个粒子 ，同时发射两个正电子，若质子 、氦核、正电子的质量分别为 mp、mα、me，真空中的光速为c，求：
(1)写出核反应方程式；
(2)核反应所释放的能量。
14．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。
(1)已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为R。原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）
参考答案
1．A
【解析】
根据题中“核反应的类型…”可知，本题考察核反应的类型，应根据核反应中聚变、裂变、衰变和人工转变的特点分析推断．
【详解】
A：是α衰变，故A项正确．
B：是人工转变，故B项错误．
C：是人工转变，故C项错误．
D：是β衰变，故D项错误．
2．B
【解析】
甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，选项A错误；乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动，选项B正确；丙图中，由左手定则可知，射线丙由电子组成，射线乙为γ射线为电磁波，射线甲由α粒子组成，选项C错误；丁图中，链式反应属于重核裂变，选项D错误.
3．C
【解析】
β射线中的电子是由于原子核内中子衰变为一个质子和一个电子形成的。故A错误；根据质量数和核电荷数守恒，，其中X为正电子。故B错误；，X是是的同位素。故C正确；太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变。故D错误。
4．B
【解析】
铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是，A错误；根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越短能量大，B正确；1924年，德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等，他提出实物粒子也具有波动性，C错误；一群基态的氢原子吸收光子跃迁到激发态后，最多发射出三种频率的光子，而一个基态的氢原子吸收光子跃迁到激发态后，最多辐射出两种频率的光子，D错误．
5．A
【解析】
γ射线比α射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。
6．C
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，故选C.
7．BC
【解析】
B、C、衰变是指生成物为α、β、γ，且反应物只有一种核，反应是自发发生的，故B、C正确，D、此方程为裂变，是质量较大的核分裂为两个质量较轻的中核，故D错误．A、此方程为聚变，是质量较轻的核变为质量较大的核，故A错误．故选BC．
【点睛】知道两类衰变的生成物和反应方程，记住重核裂变和轻核聚变的特点，人工核转变发现部分粒子的方程式也是考试的重点．
8．BC
【解析】
γ射线是原子核受到激发产生的，选项A错误；氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子轨道半径减小，根据可知，其动能增大，选项B正确；太阳辐射能量主要来自于发生轻核聚变所释放的能量，选项C正确；的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下，选项D错误.
9．BD
【解析】
根据核反应前后系统的总动量守恒，知核反应前两氘核动量等大反向，系统的总动量为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，动量不同， A错误；该核反应前后释放的能量，B正确；由能量守恒可得：核反应后的总能量为，由动能与动量的关系，且，可知核反应后氦核的动能为，核反应后中子的动能为：，C错误，D正确．
10．ACD
【解析】
A、卢瑟福通过粒子轰击氮原子核的实验发现了质子的核反应方程为?，故选项A正确；
B、铀核裂变有多种裂变的方式，但是每一种都要有慢中子的参与，即反应方程的前面也要有中子，故核反应：，故选项B错误；
C、质子、中子、粒子的质量分别为、、，质子和中子结合成一个粒子，减小的质量是，根据质能方程得：释放的能量是，故选项C正确；
D、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中原子要吸收光子，能级增大，总能量增大，根据可知电子的动能减小，则原子的电势能增大，故选项D正确．
11．1He或α 12.5% 污染 光电效应
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为．
（2）半衰期为2.6×10-16s，经7.8×10-16s，即3个半衰期，根据知，剩余
占开始时的．
（3）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：；氘核的比结合能为；
（4）(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．
12．③
【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故①②错误．轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒．故③正确．氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子能量比从n=2能级跃迁到n=1能级大，由公式，可知，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，故④错误；故选：③
点睛：解决本题的关键理解物理学史，以及掌握核反应的方程的规则，注意理解天然放射与α粒子散射实验的现象的意义．
13．(1) (2)
【解析】
本题考察核反应方程式的书写和核反应释放能量的计算。
(1)四个质子（氢核）聚变成一粒子，同时发射两个正电子的核反应方程是
(2)由核反应方程可得，该反应的质量亏损
该反应释放的能量
14．(1)；(2)，
【解析】
(1)电子绕原子核运动
解得
故等效电流值
(2)核反应所释放的能量为
核反应前后动量守恒
动能
可知
根据能量守恒
联立解得
1．近期热映的《流浪地球》这部电影获得了极大的好评，也涉及了许多物理知识，如氦闪、地球刹车和逃逸、木星的引力弹弓效应．太阳发生氦闪之前进行的是氢聚变，关于核反应的类型，下列表述正确的是
A．是衰变
B．是衰变
C．是核聚变
D．是核裂变
2．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核裂变
3．下列说法正确的是（ ）
A．射线是原子核外电子被电离形成的电子流
B．，其中X为中子
C．，X是的同位素
D．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变
4．下列说法正确的是（ ）
A．铀核裂变的核反应方程是
B．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越短能量越大
C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
D．一个基态的氢原子吸收光子跃迁到n=3激发态后，最多发射出三种频率的光子
5．下列说法正确的是 （ ）
A．γ射线比α射线的贯穿本领强
B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
6．氘核和氚核发生核反应的方程为，则粒子X是
A．电子 B．正电子 C．中子 D．质子
7．下列核反应方程属于衰变的是
A．
B．
C．
D．
8．下列对原子结构和原子核知识的认识中，正确的有
A．射线是在核外电子跃迁过程中产生的
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量主要来自于发生轻核聚变所释放的能量
D．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
9．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3．假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（ ）
A．核反应后氮核与中子的动量相同
B．该核反应释放的能量为
C．核反应后中子的动能为
D．核反应后氮核的动能为
10．下列说法中正确的是( )
A．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为+→+
B．铀核裂变的核反应是：→++2
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是
D．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大
11．（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108 K时,可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程He+___→Be+γ.?
(2)Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16 s.一定质量的Be,经7.8×10-16 s后所剩Be占开始时的____．
(3)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为___．该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为____．
(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．
12．随着现代科学的发展,大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识,下列有关原子、原子核的叙述正确的是(选填选项前的编号)________________________。?
①卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
②天然放射现象表明原子核内部有电子
③轻核聚变反应方程有
④氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从 n=2能级跃迁到n=1能级,前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长
13．太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个粒子 ，同时发射两个正电子，若质子 、氦核、正电子的质量分别为 mp、mα、me，真空中的光速为c，求：
(1)写出核反应方程式；
(2)核反应所释放的能量。
14．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。
(1)已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为R。原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）
参考答案
1．A
【解析】
根据题中“核反应的类型…”可知，本题考察核反应的类型，应根据核反应中聚变、裂变、衰变和人工转变的特点分析推断．
【详解】
A：是α衰变，故A项正确．
B：是人工转变，故B项错误．
C：是人工转变，故C项错误．
D：是β衰变，故D项错误．
2．B
【解析】
甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，选项A错误；乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动，选项B正确；丙图中，由左手定则可知，射线丙由电子组成，射线乙为γ射线为电磁波，射线甲由α粒子组成，选项C错误；丁图中，链式反应属于重核裂变，选项D错误.
3．C
【解析】
β射线中的电子是由于原子核内中子衰变为一个质子和一个电子形成的。故A错误；根据质量数和核电荷数守恒，，其中X为正电子。故B错误；，X是是的同位素。故C正确；太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变。故D错误。
4．B
【解析】
铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是，A错误；根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越短能量大，B正确；1924年，德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等，他提出实物粒子也具有波动性，C错误；一群基态的氢原子吸收光子跃迁到激发态后，最多发射出三种频率的光子，而一个基态的氢原子吸收光子跃迁到激发态后，最多辐射出两种频率的光子，D错误．
5．A
【解析】
γ射线比α射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。
6．C
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，故选C.
7．BC
【解析】
B、C、衰变是指生成物为α、β、γ，且反应物只有一种核，反应是自发发生的，故B、C正确，D、此方程为裂变，是质量较大的核分裂为两个质量较轻的中核，故D错误．A、此方程为聚变，是质量较轻的核变为质量较大的核，故A错误．故选BC．
【点睛】知道两类衰变的生成物和反应方程，记住重核裂变和轻核聚变的特点，人工核转变发现部分粒子的方程式也是考试的重点．
8．BC
【解析】
γ射线是原子核受到激发产生的，选项A错误；氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子轨道半径减小，根据可知，其动能增大，选项B正确；太阳辐射能量主要来自于发生轻核聚变所释放的能量，选项C正确；的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下，选项D错误.
9．BD
【解析】
根据核反应前后系统的总动量守恒，知核反应前两氘核动量等大反向，系统的总动量为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，动量不同， A错误；该核反应前后释放的能量，B正确；由能量守恒可得：核反应后的总能量为，由动能与动量的关系，且，可知核反应后氦核的动能为，核反应后中子的动能为：，C错误，D正确．
10．ACD
【解析】
A、卢瑟福通过粒子轰击氮原子核的实验发现了质子的核反应方程为?，故选项A正确；
B、铀核裂变有多种裂变的方式，但是每一种都要有慢中子的参与，即反应方程的前面也要有中子，故核反应：，故选项B错误；
C、质子、中子、粒子的质量分别为、、，质子和中子结合成一个粒子，减小的质量是，根据质能方程得：释放的能量是，故选项C正确；
D、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中原子要吸收光子，能级增大，总能量增大，根据可知电子的动能减小，则原子的电势能增大，故选项D正确．
11．1He或α 12.5% 污染 光电效应
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为．
（2）半衰期为2.6×10-16s，经7.8×10-16s，即3个半衰期，根据知，剩余
占开始时的．
（3）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：；氘核的比结合能为；
（4）(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．
12．③
【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故①②错误．轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒．故③正确．氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子能量比从n=2能级跃迁到n=1能级大，由公式，可知，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，故④错误；故选：③
点睛：解决本题的关键理解物理学史，以及掌握核反应的方程的规则，注意理解天然放射与α粒子散射实验的现象的意义．
13．(1) (2)
【解析】
本题考察核反应方程式的书写和核反应释放能量的计算。
(1)四个质子（氢核）聚变成一粒子，同时发射两个正电子的核反应方程是
(2)由核反应方程可得，该反应的质量亏损
该反应释放的能量
14．(1)；(2)，
【解析】
(1)电子绕原子核运动
解得
故等效电流值
(2)核反应所释放的能量为
核反应前后动量守恒
动能
可知
根据能量守恒
联立解得
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