5.4 核裂变与核聚变 练习 （word版含答案）

核裂变与核聚变练习
一、单选题
下列说法正确的是
A. 在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应
B. 铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化
C. 比结合能越小，原子核结合得越牢固，原子核越稳定
D. 轻核聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量
2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL?2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电。下列方程中，正确的核聚变反应方程是(????)
A. ?12H+13H→24He+01n B. ?92238U→90234Th+24He
C. ?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n D. ?24He+1327Al→1530P+201n
铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为?92238U→?90234T?+X，裂变方程为?92235U+?01n→Y+?3689kr+3?01n，其中?92235U、?01n、Y、3689Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(????)
A. ?92238U发生的是β衰变
B. Y原子核中含有56个中子
C. 若提高温度，?92238U的半衰期将会变小
D. 裂变时释放的能量为(m1?2m2?m3?m4)c2
2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是
A. 核潜艇的核反应也叫热核反应
B. 原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量
C. 核潜艇的核反应堆是利用隔棒控制核反应速度
D. 核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能
关于核反应下列说法正确的是(??????? )
A. 核反应方程?714N+24He→817O+11H属于轻核聚变
B. 氢弹是利用重核裂变制成的核武器
C. 铀核(?92238U)衰变为铅核(?82206Pb)的过程中，要经过6次α衰变和8次β衰变
D. 只有当铀块的体积等于或大于临界体积时才会发生链式反应
下列关于衰变与核反应的说法正确的是
A. 放射性元素的半衰期随着外界条件(如温度、压强等)的改变而改变
B. 核聚变反应方程12H+13H→24He+X中的X表示中子
C. β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
D. 高速α粒子轰击氮核可产生中子，其核反应方程为24?He+714N→816O+01n
有下列4个核反应方程，核反应类型依次属于(????)
①?1124Na→?1224Mg+??10e
②?92235U+?01a→?36141Ba+?3692Kr+3?01n
③?919F+?24He→?1022Ne+?11H
?④23He+12H→?24He+11H.
A. 衰变、裂变、人工转变、聚变
B. 裂变、裂变、聚变、聚变
C. 衰变、衰变、聚变、聚变
D. 衰变、人工转变、人工转变、聚变
我国对中微子的研究处于世界领先地位。太阳发生核反应时会放出大量中微子及能量。假设太阳释放的能量由“燃烧氢”的核反应4?11H→24He+2?10e+2ν提供，式中ν为中微子，这一核反应平均每放出2个中微子相应释放28MeV的能量。已知太阳每秒辐射约2.8×1039MeV的能量，地球与太阳间的距离约为1.5×1011m，则地球表面与太阳光垂直的每平方米面积上每秒接收到的中微子数目的数量级为(??? )
A. 1011 B. 1014 C. 1017 D. 1020
下列说法正确的是(????)
①?715N+?11H→?612C+?24He是α衰变方程
②?24He+?1327Al→?1530P+?01?01n是原子核的人工转变方程
③?92238U→?90234T?+?24He是核裂变反应方程
④?11H+?12H→?23He+γ是核聚变反应方程．
A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④
2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在成都建成并实现发电，标志着我国在核聚变反应堆建设中处于世界前列。实际上，核聚变反应堆的建设比核裂变反应堆更加困难，对技术要求更高，核聚变的产物少，比较清洁，核裂变的产物常有放射性。下列说法正确的是
A. 中国环流器二号M内主要核反应是13H+12H→24He+01n
B. 核裂变反应堆主要是92235U+01n→56144Ba+3689Kr+01n
C. 相同质量的核原料，核聚变反应比核裂变反应产生的能量少
D. 56141Ba是核裂变的产物之一，仍有放射性，其发β衰变的方程是57141Ba→56141La+?10e
二、多选题
能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有：
A. 是核聚变反应
B. ?13H+?12H→?24He+?01n是β衰变
C. ?92235U+?01n?→?56144Ba+?3689Kr+3?01n是核裂变反应
D. ?92235U+?01n?→?54140Xe+?3894Sr+2?01n是α衰变
下列说法不正确的是(????)
A. 汤姆生通过α粒子散射实验，提出了原子核的概念，建立了原子核式结构模型
B. 大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射6种不同频率的光子
C. 光电效应实验揭示了光的粒子性，爱因斯坦为此提出了相对论学说，建立了光电效应方程
D. 重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续得进行，称为链式反应，其中一种核裂变反应方程为
一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(????)
A. 核反应方程是
B. 聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2?m3
C. 辐射出的γ光子的能量E=(m3?m1?m2)c
D. γ光子的波长λ=?(m1+m2?m3)c2
铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为：?92235U+01n→X+3689Kr+301n，衰变方程为：?92235U→Y+24He，则下列说法正确的是(????)
A. 裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量
B. 裂变产生的新核X中含有88个中子
C. 衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大
D. 核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变
关于核反应?92235U+?01n→?3890Sr+?54136Xe+x?01n，下列说法正确的是(????)
A. x=10 B. 质量数不守恒
C. 释放能量 D. 这是?92235U的衰变
三、填空题
关于以下核反应方程式：
(1)?12H+13H→24He+X：X表示________；属于________类型核反应(人工核转变、α衰变、β衰变、核裂变、核聚变)
(2)92235U+01n→54140Xe+3894Sr+2Y：Y表示________；属于________类型核反应(人工核转变、α衰变、β衰变、核裂变、核聚变)
(3)?1124Na→1224Mg+Z：Z表示________；属于________类型核反应(人工核转变、α衰变、β衰变、核裂变、核聚变)
可控核聚变反应可向人类提供清洁而又取之不尽的能源。目前可控核聚变研究已经进入第三代，因不会产生中子而被称为“终极聚变”，其核反应方程式为：?23He+23He→24He+2______，其释放的能量为E，则该反应前后的质量亏损为______。(真空中的光速为c)
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，已知氘核质量为m1=2.014?1?u，氚核质量为m2=3.016?0?u，氦核质量为m3=4.002?6?u，中子质量为m4=1.008?665?u，1?u相当于931.5?MeV的能量，求：
(1)写出聚变的核反应方程；
(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？(结果在小数点后保留一位小数)
太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子。若太阳辐射能量的总功率为P，质子?11H、氦核?24He、正电子?10e的质量分别为mp、mα、me，真空中的光速为c，求：
(1)核反应方程；
(2)核反应所释放的能量ΔE；
(3)1s内参与上述热核反应的质子数目。
两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD=2.0136?u，氦核质量mHe=3.0150?u，中子质量mn=1.0087?u。
(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35?MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：A、在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应，故A正确；
B、半衰期的大小与温度无关，由原子核内部因素决定，故B错误；
C、比结合能大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
D、轻核聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量，故D错误；
2.【答案】A
【解答】
A.，是轻核聚变，故A正确；
B.，此核反应反应物只有一个原子核且生成物由氦核，属于α衰变，故B错误；
C.，此反应反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生产物至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误；
D.，此反应是用α粒子轰击生成了同位素磷，是人工核转变，发现同位素磷和正电子的方程，故D错误；
3.【答案】D
【解答】
A、根据质量数守恒，电荷数守恒，?92238U发生的是α衰变，故A错误。
B、根据电荷数守恒、质量数守恒知，Y原子核中的电荷数为56，质量数为144，则中子数为为88，故B错误。
C、半衰期的大小与温度无关，故C错误。
D、根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE=(m1?2m2?m3?m4)c2，故D正确。
4.【答案】C
【解答】
A、轻核聚变发生在高温条件下，也叫热核反应，核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，不属于热核反应；故A错误；
B、发生链式反应的条件：裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量，故原子弹铀或钚元素的质量必须大于或等于临界质量，故B错误；
C、核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，故核潜艇的核反应堆用镉棒控制核反应速度，故C正确；
D、重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，但并不是一切核反应都能释放核能，故D错误。
5.【答案】D
【解答】
A. 核反应方程?714N+24He→817O+11H是人工核反应，不是聚变，故A错误；
B.氢弹是利用轻核聚变制成的武器，故B错误；
C.铀核(?92238U)衰变为铅核(?82206Pb)的过程中，质量数少32，电荷数少10，设经过n次α衰变，m次β衰变，根据质量数和电荷数守恒有：4n=32，2n?m=10，知n=8，m=6，故C错误；
D.当铀块的体积大于或等于临界体积，并有慢中子能够被俘获时，就会发生链式反应，瞬时放出巨大能量，故D正确。
6.【答案】B
【解答】
A.放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故A错误；
B.根据电荷数和质量数守恒，核聚变反应方程12H+13H→24He+X中的X表示中子，故B正确；
C.β衰变所释放的电子是原子核内中子转化而来的，不是原子核外的电子电离形成的，故C错误；
D.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为，故D错误。
7.【答案】A
【解答】
①方程?1124Na→?1224Mg+??10e中，原子核的质量数不变，电荷数增加1，同时有一个电子产生，所以是β衰变。
②?92235U+?01n→?36141Ba+?3692Kr+3?01n是吸收一个中子后裂变为两个中等质量的原子核，所以是重核的裂变。
③核反应?919F+?24He→?1022Ne+?11H中是用α粒子轰击?919F，属于人工核反应方程；
④?23He+?12H→?24He+?11H，由方程可知，是两个质量较小的原子核聚变为中等质量核的过程，故属于轻核的聚变。
所以四个核反应类型依次属于衰变、裂变、人工转变、聚变，故BCD错误，A正确。
8.【答案】B
【解答】
由题中条件可算出太阳每秒放出中微子的个数为2×2.8×103928=2×1038，中微子向四面八方辐射，成球面形状分布，地表上每平方米每秒可接收到的个数为2×10384πr2日地≈7×1014，选项B正确。
9.【答案】D
【解答】
解：①?715N+?11H→?612C+?24He是原子核的人工转变，说法错误；
②?24He+?1327Al→?1530P+?01n是原子核的人工转变方程，说法正确；
③?92238U→?90234T?+?24He是α衰变方程，说法错误；
④?11H+?12H→?23He+γ是核聚变反应方程，说法正确．
10.【答案】A
[解答]
A.环流器二号M内核反应方程是聚变反应，故选项A正确;
B.核裂变方程，选项B中只有一个中子，质量数不守恒，故选项B错误;
C.相同质量的核原料，核聚变反应比核裂变反应产生的能量要多，故选项 C错误;
D.β衰变方程错误，应该，故选项D错误。
11.【答案】AC
【解析】解：AB、核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，氢原子核聚变为氦原子核，故A正确，B错误；
C、核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故C正确；
D、α衰变放出的是氦原子核，这是裂变反应，故D错误；
12.【答案】ACD
【解答】
A.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核的概念，建立了原子核式结构模型，故A错误；
B根据Cn2=6知，大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子，故B正确；
C“光电效应”实验揭示了光的粒子性，爱因斯坦为此提出了光子说理论，建立了光电效应方程，认识到微观粒子具有“波粒二象性”特征，故C错误；
D.重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续的进行，核能持续的释放，这称为链式反应，但裂变方程中，铀235吸收一个慢中子后才能发生裂变，在核反应方程中，等号左侧的中子不能与等号右侧的中子约掉，反应方程应该为，故D错误。
13.【答案】AB
【解答】
A.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子，由质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为，故A正确；
B.反应前的质量减去反应后的质量，即为质量的亏损，即为Δm=m1+m2?m3，故B正确；
C.聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E=(m1+m2?m3)c2，故C错误；
D.根据E=(m1+m2?m3)c2，E=?γ=?cλ得光子的波长为λ=?(m1+m2?m3)c?，故D错误。
14.【答案】BC
【解析】解：A、根据核反应的特点可知，裂变与衰变都放出能量。故A错误；
B、根据电荷数守恒和质量数守恒，可知X的质量数为144，电荷数为56，X原子核中含有的中子数为88，故B正确；
C、衰变产生的新核Y比铀核更稳定，故衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大，故C正确；
D、半衰期的大小与温度无关。故D错误。
15.【答案】AC
【解答】AB、根据质量数守恒可知，x=235+1?90?136=10，故A正确，B错误；
CD、核反应?92235U+?01n→?3890Sr+?54136Xe+x?01n属于裂变，裂变时出现质量亏损，释放能量，故C正确，D错误．
16.【答案】中子，核聚变；中子，核裂变；电子，β衰变
【解答】
(1)根据质量数和电荷数守恒可得：2+3=4+m，1+1=2+0，解得m=1，n=0，故X表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于核聚变；
(2)根据质量数和电荷数守恒可得：235+1=140+94+2m，92+0=54+38+2n，解得m=1，n=0，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于核裂变；
(3)根据质量数和电荷数守恒可得：24=24+m，11=12+n，解得m=0，n=?1，故表示电子，根据核反应的特点可知该核反应属于β衰变；
故答案为：中子，核聚变；中子，核裂变；电子，β衰变。
17.【答案】?11H?Ec2
【解析】解：根据发生核反应时的质量数守恒与核电荷数守恒，可知生成物为211H；根据质能方程得核反应释放的能量为：E=△mc2，故质量亏损为：△m=Ec2。
故答案为：?11H，Ec2。
18.【答案】解：(1)核反应方程为：；
(2)反应过程的质量亏损为：Δm=2.0141u+3.0160u?4.0026u?1.008665u=0.018835u，
又由爱因斯坦质能方程可得：ΔE=Δmc2=0.018835×931.5?MeV≈17.5?MeV；
平均每个核子释放的核能为：E=17.55MeV=3.5?MeV。
19.【答案】解：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为411H→24He+210e；
(2)质量亏损Δm=4mp?mα?2me? 根据爱因斯坦质能方程得核反应释放的能量ΔE=(4mp?mα?2me)c2；
(3)设1s内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系得P=NΔE4，解得N=4P4mp?mα?2mec2。
20.【答案】【解析】(1)核反应方程为?12H+?12H→?01n+?23He。
该反应质量亏损Δm=2mD?mHe?mn=0.003?5?u。
由质能方程得释放出的核能ΔE=Δm×931.5?MeV=0.003?5×931.5?MeV=3.26?MeV。
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0=mHevHe+mnvn，①
由能量守恒有：12mHev?He2+12mnv?n2=ΔE+2Ek0②
由①②代入数据可得
EkHe=0.99?MeV，Ekn=2.97?MeV。
【答案】(1)3.26?MeV?(2)0.99?MeV?2.97?MeV