惠阳区第三中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.5裂变和聚变 课时练（含解析）

4.5裂变和聚变
1．关于下列四幅图说法正确的是
A．图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的“西瓜模型”
B．乙图中1为α射线，它的电离能力很弱，穿透能力很强
C．图丙，用中子轰击铀核使其发生裂变，原子弹、核电站都利用了链式反应
D．图丁，汤姆孙通过对阴极射线研究，发现了电子并揭示了原子核内还有复杂结构
2．下列关于核反应的说法正确的是
A．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
B．是α衰变方程
C．→是β衰变方程，其中β粒子来自原子的内层电子
D．查德威克用高速运动的α粒子轰击氮核发现了质子，其反应方程为
3．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是
A．
B．
C．
D．
4．下列核反应属于人工转变的是
A．Th→Pa+e B．He+Be→C+n
C．U+n→Xe+Sr+10n D．H+H→He+n
5．下列说法正确的是
A．放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度有关
B．α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强
C．卢瑟福过实验发现质子的核反应万程为He+N→O+H
D．聚变是裂变的逆反应
6．下列说法正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．β衰变的实质是核内的一个中子转化成一个质子和一个电子
C．结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定
D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
7．在核反应方程式中(　　)
A．X是质子，k＝9 B．X是质子，k＝10
C．X是中子，k＝9 D．X是中子，k＝10
8．关于原子物理，下列说法正确的是
A．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变
B．若某光恰好能使锌发生光电效应，则改用波长更长的光照射锌也能发生光电效应
C．射线是高速运动的电子流
D．的半衰期是5天，32克经过10天后还剩下8克
9．下列说法正确的是（ ? ?）
A． 射线比 射线的贯穿本领强
B．常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机
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 衰变，该原子外层就失去一个电子
10．氘核和氦核的质量分别是m1和m2，如果两个氘核结合生成氦核，则下列说法中正确的是( )
A．核反应方程式为
B．该反应是一个裂变反应
C．核反应过程中的质量亏损△m=2m1-m2
D．氦核的结合能是(2m1-m2)c2
11．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”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
12．若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－27 kg,1 u相当于931.50 MeV)
(1)写出铀核裂变的核反应方程_________________________________
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是___________ (取两位有效数字)
13．(1)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，确定核反应方程中a、b的值；
(2)一静止的核经α衰变成为核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?
14．中子的发现是守恒定律在核反应过程中的重要应用,1930年发现用钋放出的α射线轰击Be核时产生一种射线,其贯穿能力极强,能穿透几厘米厚的铝板,当时著名物理学家居里夫人也不知道这是一种什么射线．1932年,英国青年物理学家查德威克用这种射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出了一些氢核和氮核．若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,测出被打出的氢核最大速度为vH=3.5×107 m/s,被打出的氮核的最大速度 vN=4.7×106 m/s,假定正碰时无能量损失,设未知射线中粒子的质量为m,初速为v,被打出的核质量为m'．
(1)推导出被打出的核的速度v'的表达式;
(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m与质子质量之比．(氮核质量mN为氢核质量mH的14倍)
参考答案
1．C
【解析】
图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，选项A错误；由左手定则可知，乙图中1为α射线，它的电离能力很强，穿透能力很弱，选项B错误；图丙，用中子轰击铀核使其发生裂变，原子弹、核电站都利用了链式反应，选项C正确；图丁，汤姆孙通过对阴极射线研究，发现了电子并揭示了原子内还有复杂结构，选项D错误.
2．A
【解析】
衰变为，经过（234-222）÷4=3次α衰变，86-（90-3×2）=2次β衰变，选项A正确；是轻核聚变方程，选项B错误；→是β衰变方程，其中β粒子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项C错误；卢瑟福用高速运动的α粒子轰击氮核发现了质子，其反应方程为，选项D错误．
3．B
【解析】
A反应是原子核的人工转变方程，选项A错误；B反应是α衰变方程，选项B正确；C反应是轻核聚变方程，选项C错误；D反应是重核裂变方程，选项D错误.
4．B
【解析】
衰变生成物为α或β粒子，原子核的人工转变是由人为行为发生的和反应方程，不是自发的衰变、裂变和聚变等.
【详解】
A、Th234变成Pa234，同时有一个电子产生，属于β衰变；故A错误.
B、用α粒子轰击Be，产生了碳原子，属于原子核的人工转变；故B正确.
C、该反应方程为重核的裂变；故C错误.
D、氘与氚生成氦核，属于聚变反应；故D错误.
故选B.
【点睛】
只要根据质量数守恒、电荷数守恒判断出生成物的成分即可解决此类题目.
5．C
【解析】
A：放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度无关，故A项错误．
B：α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，γ射线的穿透能力最强．故B项错误．
C：卢瑟福过实验发现质子的核反应方程是，故C项正确．
D：轻原子核结合成较重的原子核的核反应是核聚变；重核分裂成中等质量核的核反应是核裂变．故D项错误．
6．B
【解析】
太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A错误； β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子，选项B正确； 比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误；故选B.
7．D
【解析】
令生成物为，则在核反应过程中反应遵循质量数守恒故有92+0=38+54+kZ，在核反应过程中反应遵循质量数守恒故有235+1=90+136+kA，由此得kZ=0，kA=10，因k≠0，则Z=0，A=1，故生成物X为中子且k=10，故D正确，ABC错误．
故选D.
8．AD
【解析】
太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故A正确；波长越长的光的频率越小、能量越小，所以改用波长更长的光照射，锌不会发生光电效应，故 B错误；β射线是高速运动的电子流，故 C错误；的半衰期是5天，32克经过10天后还剩下8克，故D正确；故选AD
9．AB
【解析】
射线比 射线的贯穿本领强，故A正确；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，故B正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，故C错误；原子核发生一次 衰变，该原子核内就少一个中子，同时生成一个电子，故D错误.
10．AC
【解析】
AB：两个氘核结合生成氦核，据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程式为：，该反应是聚变反应．故A项正确，B项错误．
CD：，氘核和氦核的质量分别是m1和m2，则核反应过程的质量亏损；核反应过程放出的能量．氦核的结合能是指由核子结合成原子核时释放的能量，不是两个氘核结合生成氦核放出的能量．故C项正确，D项错误．
11．
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
12． U＋n→Sr＋Xe＋10n 3.3×1027 MeV
【解析】(1)根据核反应的质量数与质子数守恒，生成物中中子的个数：n=235+1?90?136=10
则核反应方程为：
U＋n→Sr＋Xe＋10n????????????????????
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
△m=(235.0439+1.0087)?(89.9077+135.9072+10×1.0087)=0.1507u；
所以△E=△m×931.5=0.1507×931.5MeV=140.38MeV；
9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是：
13．（1）a=1,b=2（2）0.07 MeV
【解析】
（1）根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a=1,b=2
（2）据题意知：此α衰变的衰变方程为：
根据动量守恒定律得：mαvα＝mThvTh，①
式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知：
mα＋mTh＝Ek，②
③
式中Ek＝4.27 MeV是α粒子与Th核的总动能．
由①②③式得：mTh＝Ek， ④
代入数据得，衰变后核的动能：mTh＝0.07 MeV.⑤
点睛：首先要知道核反应的质量数及电荷数守恒；知道原子核在发生衰变过程中属于反冲现象，满足动量守恒及能量守恒关系，把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的方法．
14．(1) (2)
【解析】
(1)未知射线其实是中子流,中子与静止的核正碰过程中应遵守两个守恒定律,即系统动量守恒与机械能守恒．
则据动量守恒有
mv=mv″+m'v'(v″为中子的末速度)．
据机械能守恒有
联立两式解得：

(2)据上式可得
两式相除可得
解得