2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册练习：5.4核裂变与核聚变 5“基本”粒子（Word含答案）

第五章　原子核
4　核裂变与核聚变
5　“基本”粒子
基础过关练
题组一　核裂变的发现
1.下列核反应中,属于核裂变反应的是(　　)
A.510B+01n→37Li+24He　　　　　　　　B.92238U→90234Th+24He
C.714N+24He→817O+11H　　　　　　　　D.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n
2.(多选)当一个重核裂变时,它所产生的两个核(　　)
A.含有的质子数之和比裂变前重核的质子数少
B.含有的中子数之和比裂变前重核的中子数少
C.裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D.可能是多种形式的两个核的组合
3.(2020河南郑州中牟一中高二下期中)2017年11月17日,“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范,颁奖典礼上,习总书记为他“让座”的场景感人肺腑。下列说法错误的是(　　)
A.目前核潜艇利用重核裂变提供动力
B.重核裂变反应中一定有质量亏损
C.92235U+01n→54139Xe+3895Sr+d01n,式中d=2
D.铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小
4.(2020安徽合肥高三下模拟)核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程为?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+x01n+ΔE(其中ΔE为释放出的核能)。下列说法正确的是　(　　)
A.该核反应属于原子核的衰变
B.核反应方程中x=2
C.92235U的比结合能为ΔE235
D.92235U核的比结合能小于?56144Ba核的比结合能
5.(2020山西长治二中高二下月考)2019年4月1日,在中国核能可持续发展论坛上,生态环境部介绍2019年会有核电项目陆续开工建设。某核电站获得核能的核反应方程为?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+x01n,已知铀核?92235U的质量为m1,钡核?56144Ba的质量为m2,氪核?3689Kr的质量为m3,中子n的质量为m4,下列说法中正确的是(　　)
A.该核电站通过核聚变获得核能
B.铀核的质子数为235
C.在上述核反应方程中x=3
D.一个铀核发生上述核反应,释放的能量为(m1-m2-m3-m4)c2
6.(2020山东济宁高三月考)中国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站位于山东省威海市荣成石岛湾。目前核电站使用的核燃料基本都是浓缩铀,有一种典型的铀核裂变方程是?92235U+x→56144Ba+3689Kr+3x。下列关于x的说法正确的是(　　)
A.x是β粒子,具有很强的电离本领
B.x是中子,中子是查德威克通过实验最先发现的
C.x是中子,中子是卢瑟福通过实验最先发现的
D.x是α粒子,穿透能力比较弱
题组二　反应堆与核电站
7.(2020上海华东师范大学附属中学高二下测试)秦山核电站发电的能量来自(　　)
A.天然放射性元素衰变放出的能量
B.原子核人工转变放出的能量
C.重核裂变放出的能量
D.化学反应放出的能量
8.(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是(　　)
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.铀棒的作用是控制反应堆的功率
D.石墨的作用是吸收中子
E.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出内能
9.对于铀核裂变时产生链式反应的重要因素,下列说法中正确的是(　　)
A.铀块的质量是重要因素,与体积无关
B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子
C.若铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应就能够发生
D.能否发生链式反应与铀块的质量无关
10.(2020上海交通大学附属中学高二下期中)关于我国现已建成的核电站,下列说法中正确的是(　　)
A.发电的能量来自天然放射性元素衰变放出的能量
B.发电的能量来自重核裂变放出的能量
C.当控制棒插入反应堆的深度增大时链式反应速度加快
D.当控制棒插入反应堆的深度减小时链式反应速度减慢
11.(2020吉林长春实验中学高二下期中)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
B.考古专家测出某具骸骨1 g碳样品中?614C的含量为活着的生物体1 g碳样品中?614C含量的14,已知?614C的半衰期为5 730年,则该生物死亡时间距离今天约11 460年
C.核泄漏事故污染物?55137Cs能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程为?55137Cs→56137Ba+x,可以判断x为β射线
D.核反应堆利用石墨吸收中子,控制核反应速度
题组三　核聚变
12.关于核聚变,以下说法不正确的是(　　)
A.与核裂变相比,轻核聚变辐射少,更为安全、清洁
B.世界上已经有利用核聚变来发电的核电站
C.要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15m以内,核力才能起作用
D.地球上聚变燃料的储量十分丰富,从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
13.(2018黑龙江双鸭山模拟)央视报道,中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗,终于率先建成了世界上第一个全超导的托卡马克试验装置并调试成功。这种装置被称为“人造太阳”(如图所示),它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量,就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。在下列核反应方程中,有可能是该装置内部所进行的核反应的是(　　)
A.714N+24He→817O+11H
B.92238U→90234Th+24He
C.12H+13H→24He+01n
D.92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
14.(2020河南洛阳高二下期中)太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(24He)的热核反应,核反应方程是411H→24He+2X,这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c。下列说法中正确的是(　　)
A.方程中的X表示中子(01n)
B.方程中的X表示电子(-10e)
C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2-2m3
D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m3)c2
15.(2020福建永春华侨中学高二下月考)(多选)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.13H+12H→24He+01n是核聚变反应
B.13H+12H→24He+01n是β衰变
C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂变反应
D.92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n是α衰变
16.(2020广西南宁三中高二下期中)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子,同时放出一个γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法中正确的是(　　)
A.这个核反应的方程是?12H+13H→24He+01n+γ
B.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
C.辐射出的γ光子的能量E=(m3+m4-m1-m2)c2
D.辐射出的γ光子的波长λ=?(m1+m2-m3-m4)c2
17.(2020河南开封五县高二下联考)太阳能是由太阳内部的热核反应释放出的光能、热能及辐射能量组成。它每年辐射到地球上的能量达1 813亿吨标准煤燃烧所放出的能量,相当于全世界年需要能量总和的5 000倍。太阳的热核反应有很多种,其中一种是由氘核?12H和氚核?13H结合成氦核?24He。
(1)写出该核反应方程。
(2)若反应放出17.6 MeV的能量,则核反应后生成物的总质量与核反应前物质的总质量相比变化了多少?(结果保留两位有效数字)
题组四　“基本”粒子
18.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.目前还未发现轻子的内部结构
B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对“基本”粒子不适用
C.反粒子与其对应的粒子的电荷性质相反
D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是强子
19.(2019湖北华中师大一附中高二下期中)下列说法正确的是(　　)
A.人类第一次实现的原子核的人工转变是查德威克用α粒子轰击铍原子核,产生了碳原子核和一个中子
B.患癌症的病人可以接受钴60的放射治疗,这是利用了细胞分裂越快的组织对射线的耐受力越强的特点
C.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子
D.比结合能越大的原子核,核子的平均质量也越大
能力提升练
题组一　核反应方程
1.(2020吉林实验中学高二上期末,)下列核反应方程中,属于重核裂变的是(　　)
A.卢瑟福发现质子的核反应方程?714N+24He→817O+11H
B.贝克勒尔发现天然放射现象,其中的一种核反应方程?90234Th→91234Pa+-10e
C.太阳中发生的热核反应,典型的一种核反应方程?12H+13H→24He+01n
D.核电站可控的链式反应中,典型的一种核反应方程?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n
2.(2020河北唐山一中高二下期中,)我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采用的核反应方程是(　易错　)
A.13H+12H→24He+01n
B.92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C.94238Pu→95238Am+-10e
D.1327Al+24He→1530P+01n
题组二　核裂变及其应用
3.()关于重核的裂变,下列说法正确的是(　　)
A.核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.重核裂变时释放出大量的能量,产生明显的质量亏损,所以核子数减少
C.铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量,核电站利用的就是这一能量
D.重核的比结合能小于中等质量核的比结合能,所以重核裂变成中等质量核时,要放出核能,有质量亏损
4.(2020河北武邑中学高二下月考,)(多选)用中子轰击?92235U原子核,发生一种可能的裂变反应,其核反应方程为?92235U+01n→X+3894Sr+201n,则以下说法中正确的是(　　)
A.X原子核中含有84个中子
B.X原子核的结合能比?92235U原子核的结合能大
C.X原子核中核子的平均质量比?92235U原子核中核子的平均质量小
D.X原子核中核子的比结合能比?92235U原子核中核子的比结合能大
5.(2020浙江杭州高级中学钱塘学校高二月考,)(多选)用中子(01n)轰击铀核(92235U)产生裂变反应,会产生钡核(56141Ba)和氪核(3692Kr)并释放中子(01n),当达到某些条件时可发生链式反应,一个铀核(92235U)裂变时,释放的能量约为200 MeV(1 eV=1.6×10-19 J)。以下说法正确的是(　　)
A.92235U的裂变方程为?92235U→56141Ba+3692Kr+01n
B.92235U的裂变方程为?92235U+01nBa+3692Kr+301n
C.92235U发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.一个?92235U裂变时,质量亏损约为3.6×10-28 kg
6.(2020浙江名校联盟新高考模拟,)(多选)以下为两个核反应式:(1)12H+13H→24He+X;(2)92235U+X→?54140Xe+3894Sr+2Y,已知氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,氦核的质量为m3,X的质量为m4,核反应中发射一种γ光子,该γ光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子速度为v,已知光电子的质量为m,光速为c,普朗克常量为h,则下列说法正确的是(　　)
A.X与Y相同
B.方程(1)是核聚变反应,方程(2)是α衰变
C.光电子的德布罗意波长为?mv
D.γ光子来源于原子核外电子的能级跃迁,它的频率为mv2+2W02?
7.()铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是?92235U+?01n→56141Ba+3692Kr+301n(92235U、56141Ba、3692Kr、01n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u)
(1)已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV。试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量。
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能?它相当于燃烧多少煤释放的能量?(1 u=1.660 6×10-27 kg,煤的热值为2.94×107 J/kg)
题组三　核聚变及其应用
8.(2019黑龙江齐齐哈尔期末,)(多选)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(11H)结合成1个氦核(24He)。下表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 MeV),以下说法中正确的是(　　)
粒子名称
质子p
α粒子
电子e
中子n
质量/u
1.007 3
4.001 5
0.000 55
1.008 7
A.核反应方程式为411H→24He+2-10e
B.核反应方程式为411H→24He+210e
C.4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为0.027 15 u
D.4个氢核聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV
9.()已知氦原子的质量为MHe (u),电子的质量为me (u),质子的质量为mp (u),中子的质量为mn(u),u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,1 u相当于931.5 MeV的能量 ,若取光速c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为　(　　)
A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV
B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV
C.[2(mp+mn+me)-MHe]·c2 J
D.[2(mp+mn)-MHe]·c2 J
10.(2020河南九市联盟高三质检,)12H和?13H是重要的聚变核燃料,12H和?13H聚变的核反应方程为?12H+?13H→24He+X+17.6 MeV,X与Y核反应又可获得?13H,即X+Y→24He+13H+4.9 MeV,则下列说法正确的是(　　)
A.X是电子
B.Y的核电荷数为4
C.12H+13H→24He+X+17.6 MeV中的17.6 MeV是?24He的结合能
D.X+Y→24He+13H+4.9 MeV中平均每个核子释放的能量为0.7 MeV
11.(2020江西吉水二中高二下期中,)已知氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 u,23He核的质量为3.015 0 u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成?23He并放出一个中子,释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV。除了计算质量亏损外,23He的质量可以认为是中子的3倍)
(1)写出该核反应的反应方程;
(2)该核反应释放的核能是多少?
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV,则反应前每个氘核的动能是多少?深度解析
12.(2020河南百校联盟检测,)在中等质量恒星的核心,或是白矮星表面堆积的氦突然发生核聚变,叫氦闪。两个氦核(24He)聚变成?48Be,48Be的原子核极不稳定,若在它衰变之前恰好与另外一个氦核反应(融合),就能形成?612C,这个过程又称为3α反应。已知?612C核的质量为m2=1.992 72×10-26 kg,α粒子的质量为m1=6.646 72×10-27 kg,真空中的光速为c=3×108 m/s,则3α反应中所释放的核能约为(　　)
A.1×10-12 J　　　　　　　　B.3×10-13 J
C.9×10-12 J　　　　　　　　D.9×10-13 J
13.(2019山东淄博期末,)浩瀚宇宙等待同学们的探索。现在让你对银河系中氦的主要生成途径作出判断。目前已知的线索:①天文学家测得银河系中氦的含量约为25%;②有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的。(可能会用到的数据:银河系的质量约为M=3×1041 kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子νe质量可忽略不计且不带电)
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时放出2个正电子(10e)和2个中微子(νe),请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量。
(2)最新研究表明,银河系的年龄约为t=4×1017 s,每秒银河系产生的能量约为1×1037 J(即P=1×1037 J/s),现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量。(最后结果保留一位有效数字)
(3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断,并简要说明理由。
答案全解全析
基础过关练
1.D　核裂变是重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核,并放出核能的过程,故D正确。
2.BD　由于在核裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子,两个新核的质子数之和没有发生变化,而中子数之和减少,A错误,B正确;反应前后因质量发生了亏损而释放出能量,核裂变时释放的能量并不等于俘获中子时获得的能量,C错误;在核裂变反应中,产物是多样的,D正确。
3.D　目前核潜艇利用重核裂变提供动力,故A正确,不符合题意;重核裂变释放能量,一定存在质量亏损,故B正确,不符合题意;由核反应中质量数守恒可知d=2,故C正确,不符合题意;铀核裂变后生成的新核更稳定,其比结合能比铀核的比结合能大,故D错误,符合题意。
4.D　用中子轰击铀核的核反应属于原子核的裂变,故A错误;由核反应遵循质量数与电荷数守恒,可知x=3,故B错误;ΔE是该核反应释放的能量,不是?92235U核的结合能,则?92235U的比结合能不等于ΔE235,故C错误;中等质量原子核的比结合能较大,92235U核的比结合能小于?56144Ba核的比结合能,故D正确。
5.C　该核电站获得核能的途径是核裂变,故A错误。铀核?92235U的质子数为92,故B错误。根据核反应中质量数守恒可知x=3,故C正确。一个铀核?92235U发生题中所述核反应,由质能方程可得ΔE=Δmc2=(m1+m4-m2-m3-3m4)c2=(m1-m2-m3-2m4)c2,故D错误。
6.B　根据该反应的特点可知,该核反应属于重核裂变,x为中子,故A、D错误;根据物理学史可知,中子是查德威克通过实验最先发现的,故B正确,C错误。
7.C　秦山核电站发电的能量来自重核裂变放出的能量,故A、B、D错误,C正确。
8.ABE　铀棒是核燃料,裂变时放出能量,故A正确;镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆的功率,故B正确,C错误;慢中子最容易引发铀核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故D错误;水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,控制温度,故E正确。
9.C　要使铀核裂变产生链式反应,铀块的体积必须大于等于临界体积或铀块的质量大于等于临界质量。裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中子不能直接引发新的裂变。如果铀块的体积超过临界体积就能够发生链式反应。由此知A、B、D错误,C正确。
10.B　目前核电站发电的能量来自重核裂变放出的能量,A错误、B正确;当控制棒插入反应堆的深度增大时,它会多吸收一些中子,链式反应速度减慢,C、D错误。
11.BC　原子的特征谱线说明原子只能处于不连续的、分立的能级上,是原子具有分立能级的有力证据,故A错误;考古专家发现某具骸骨1 g碳样品中?614C的含量是活着的生物体1 g碳样品中?614C含量的14,可知经历了2个半衰期,614C的半衰期为5 730年,则确定该生物死亡时间距离今天约11 460年,故B正确;根据核反应中电荷数守恒和质量数守恒有137=137+0,55=56+(-1),即x的电荷数为-1,质量数为0,可知x为电子,即β射线,故C正确;镉吸收中子的能力很强,可用来吸收核裂变产生的中子,而不是石墨,故D错误。
12.B　与核裂变相比,核聚变有下面的几个优势:(1)安全、清洁、辐射少;(2)核燃料储量多;(3)核废料易处理。但核聚变发电还没有投入实际运行。所以B项是不正确的。
13.C　核聚变反应是质量较轻的核结合成质量较大的核,则只有C符合题意。
14.C　根据核反应中质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为0,电荷数为1,所以X表示正电子,A、B错误;这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2-2m3,C正确;根据爱因斯坦质能方程E=mc2可知,这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2,D错误。
15.AC　13H+12H→24He+01n是轻核聚变,不是β衰变,故A正确,B错误;92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n和?92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n都是重核裂变,故C正确,D错误。
16.A　核反应方程满足质量数和电荷数守恒,故A正确;该反应为核聚变反应,故B错误;根据爱因斯坦质能方程E=mc2可知,核聚变反应中辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2-m3-m4)c2,故C错误;根据?cλ=E=(m1+m2-m3-m4)c2,得光子的波长为λ=?(m1+m2-m3-m4)c,故D错误。
17.答案　(1)12H+13H→24He+01n　(2)3.1×10-29 kg
解析　(1)由核反应中质量数和电荷数守恒可得
核反应方程为?12H+13H→24He+01n
(2)根据ΔE=Δmc2得
Δm=ΔEc2=17.6×106×1.6×10-199×1016 kg≈3.1×10-29 kg。
18.ACD　目前还没有发现轻子的内部结构,故A正确;能量守恒定律等对“基本”粒子也适用,故B错误;反粒子与其对应的粒子带等量异种电荷,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。
19.C　卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子,这是人类第一次实现的原子核的人工转变,选项A错误;用放射线治疗癌症,是利用细胞分裂越快的组织,对射线的耐受能力就越弱这一特点,选项B错误;强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子,选项C正确;比结合能越大,原子核越稳定,核子平均质量越小,选项D错误。
能力提升练
1.D　卢瑟福发现质子的核反应方程?714N+24He→817O+11H是人工核反应,不属于重核裂变,故A错误;贝克勒尔发现天然放射现象,其中的一种核反应方程?90234Th→91234Pa+-10e是β衰变,故B错误;太阳中发生的热核反应,典型的一种核反应方程?12H+13H→24He+01n是轻核聚变,故C错误;核电站可控的链式反应中,典型的一种核反应方程?92235U+01n→56144Ba+?3689Kr+301n是重核裂变,故D正确。
2.C　A项是核聚变反应,反应剧烈,至今可控核聚变反应还处于实验研究阶段,所以不宜采用,故A错误;B项是重核裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化,目前只是一些大型的核电站采用,故B错误;C项是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式,故C正确;D项是人工核反应,需要高能α粒子,在月球上不易实现,故D错误。
易错警示
本题易错选A项或B项。选A项是不了解核聚变反应发生的条件,这种核反应需要极高的温度,现阶段无法实现。选D项是不了解核裂变的反应堆装置的实际情景,其设备巨大不可能被整体携带到月球上。
3.D　比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量,或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量。重核的比结合能小于中等质量核的比结合能,可见由重核裂变成中等质量的核要放出能量,有质量亏损,选项D正确;铀核裂变放出的能量是原子核的核能,而不等于俘获中子时得到的能量,选项A错误;核裂变过程遵循质量数、电荷数守恒,选项B错误;核电站利用的是核裂变释放的能量,选项C错误。
4.CD　由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知,X原子核中含有质子数92-38=54,中子数235+1-94-2-54=86,故A错误;92235U原子核的核子数大于X原子核的核子数,则?92235U原子核的结合能大于X原子核的结合能,故B错误;因为核裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后生成的原子核更加稳定,即X原子核中核子的平均质量比?92235U原子核中核子的平均质量小,故C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,92235U核裂变的过程中释放能量,则?92235U的比结合能小于X原子核的比结合能,即X原子核中核子的比结合能比?92235U原子核中核子的比结合能大,故D正确。
5.BCD　92235U发生核裂变需要用中子轰击,核反应方程为?92235U+01n→?56141Ba+3692Kr+301n,A错误,B正确;92235U发生链式反应要求铀块的体积达到临界体积,C正确;一个?92235U裂变时,质量亏损约为Δm=ΔEc2=200×106×1.6×10-19(3×108)2 kg≈3.6×10-28 kg,D正确。
6.AC　根据核反应中电荷数守恒和质量数守恒,可知X和Y都为?01n,故A正确;方程(1)是核聚变反应,方程(2)是核裂变反应,故B错误;由公式λ=?p,p=mv,可知λ=?mv,故C正确;γ光子是放射性元素发生衰变产生的,而不是来源于原子核外电子的能级跃迁,故D错误。
7.答案　(1)200.6 MeV　(2)8.2×1013 J　2.8×103 t
解析　(1)核裂变反应中的质量亏损为
Δm=(235.043 9-140.913 9-91.897 3-2×1.008 7)u=0.215 3 u
一个铀235原子核裂变释放的能量为
ΔE=0.215 3×931.5 MeV=200.6 MeV。
(2)1 kg铀235中铀核的个数为
N=1235.0439×1.6606×10-27=2.56×1024(个)
1 kg铀235原子核发生题述核裂变时释放的总能量为
E=NΔE=2.56×1024×200.6 MeV=5.14×1026 MeV=8.2×1013 J
设q为煤的热值,M为煤的质量,则有E=qM,所以
M=Eq=8.2×10132.94×107 kg=2.8×103 t。
8.BD　根据电荷数守恒、质量数守恒,核反应方程为411H→24He+210e,故B正确,A错误。在核反应过程中质量亏损Δm=(4×1.007 3-4.001 5-2×0.000 55) u=0.026 6 u,释放的核能为ΔE=0.026 6×931.5 MeV≈24.8 MeV,故C错误,D正确。
9.B　核反应方程为211H+201n→24He,质量亏损Δm=2(mp+mn)-(MHe-2me),所以释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV=[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV,选项B正确。
10.D　根据核反应中质量数、电荷数守恒可知,X是中子,A项错误;根据核反应中质量数、电荷数守恒可知,Y的核电荷数为3,B项错误;核子结合成原子核释放的能量才是结合能,C项错误;X+Y→?24He+13H+4.9 MeV中平均每个核子释放的能量为4.9MeV7=0.7 MeV,D项正确。
11.答案　(1)12H+12H→23He+01n　(2)3.26 MeV　(3)0.45 MeV
解析　(1)由核反应中质量数与核电荷数守恒可知,核反应方程为?12H+12H→23He+01n
(2)质量亏损为
Δm=2.013 6×2 u-(3.015 0+1.008 7) u=0.003 5 u
释放的核能为ΔE=931.5×0.003 5 MeV=3.26 MeV
(3)设中子和?23He核的质量分别为m1、m2,速度大小分别为v1、v2,反应前每个氘核的动能是E0,反应后生成的中子和?23He核的动能分别为Ek1、Ek2,核反应过程系统动量守恒,以中子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得m1v1-m2v2=0
由能量守恒定律得2E0+ΔE=Ek1+Ek2
又Ek1=12m1v12=3.12 MeV,Ek2=12m2v22,m2=3m1
解得E0=0.45 MeV
名师点睛
本题综合考查核聚变、核能的计算、动量守恒定律在核反应中的应用。核聚变反应中遵循电荷数和质量数守恒,这是书写核反应方程的重要依据。核能的单位用“MeV”时,质量的单位用“u”,应用公式ΔE=Δm×931.5 MeV计算核能。在核聚变中,满足动量守恒定律和能量守恒定律。
12.A　由题意,三个α粒子生成一个?612C核,由ΔE=Δmc2得:ΔE=(3m1-m2)c2=(3×6.646 72×10-27-1.992 72×10-26)×(3×108)2 J≈1×10-12 J,故A正确,B、C、D错误。
13.答案　(1)核反应方程411H→24He+210e+2νe,一次反应释放的能量为4.14×10-12 J。
(2)银河系中氦的含量约为2%。
(3)见解析
解析　(1)由质量数与电荷数守恒可知,核反应方程为
411H→24He+210e+2νe
核反应中的质量亏损:Δm=4mp-mα-2me=4×1.007 8 u-4.002 6 u-2×0.000 5 u=0.027 6 u
一次反应释放出的核能:ΔE=0.027 6×1.5×10-10 J=4.14×10-12 J
(2)核反应产生的氦的质量:m=PtΔE×mα=6.4×1039 kg
氦的含量k=mM×100%=6.4×1039kg3×1041kg×100%≈2%
(3)综上估算结果可知,k≈2%远小于25%的实际值,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的。