选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变练习题

4　核裂变与核聚变

一、单选题

1．关于原子和原子核，下列说法正确的是（　　）

A．α粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性

B．光电效应实验揭示了光的粒子性

C．核反应方程中，质量和电荷是守恒的

D．根据玻尔理论可知，一群氢原子核外电子从n = 4能级向低能级跃迁最多可辐射5种频率的光子

2．2020年12月4日，我国新一代“中国环流器二号装置”在成都建成并实现首次放电，标志我国正式跨入全球可控核聚变研究前列，“”将进一步加快人类探索未来能源的步伐，“”的核反应方程其中之一是，下列说法正确的是（　　）

A．方程中的是质子 B．方程中的是正电子

C．方程中的是中子 D．方程中的是电子

3．下列说法正确的是（　　）

A．结合能越大的原子核一定越稳定

B．核力存在于原子核内任意两个核子之间

C．发生链式反应的一个条件是铀块的体积必须达到临界体积

D．一个原子核发生一次衰变，新核相对于原来的原子核，质量数和电荷数都减少2

4．2020年11月24日4时30分，我国用长征五号遥五运载火箭成功发射嫦娥五号探测器。该探测器顺利到达月球表面并取回月壤。氦3大量存在于月壤中，是未来的清洁能源。两个氦3聚变的核反应方程是，已知氦3、氦4和X粒子的质量分别为、和。下列说法正确的是（　　）

A．核裂变比核聚变更为安全、清洁

B．X粒子为中子

C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前增大

D．由核反应过程质量守恒可知

5．下列说法正确的是（　　）

A．是裂变 B．是聚变

C．是衰变 D．是裂变

6．2020年12月4日，我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL—2M）在成都正式建成放电，标志着我国正式跨入全球可控核聚变研究前列。HL—2M将进一步加快人类探索未来能源的步伐，其主要核反应方程为。下列说法正确的是（　　）

A．X是正电子

B．X是质子

C．该核反应过程中电荷数守恒、质量守恒

D．中核子的比结合能比小

7．我国成功研制的环流器二号M装置，是一款通过可控热核聚变方式，提供清洁能源的装置。氘、氚的核聚变反应方程为：。已知氘核、氚核的比结合能分别是、，，正确的是（　　）

A．X核结合能为 B．氘核结合能为

C．氦原子核的比结合能为 D．聚变反应中质量亏损为

8．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，衰变方程为，则下列说法正确的是（　　）

A．上述裂变过程放出能量，衰变过程也放出能量

B．衰变产生的新核Y不再具有放射性

C．裂变产生的新核X中含有143个质子

D．核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变

9．有关原子与原子核的相关知识，下列说法正确的是（　　）

A．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核

B．α射线是高速运动的氦原子核，具有良好的穿透性，能够穿透几厘米厚的铅板

C．核聚变又叫“热核反应”，宇宙中时时刻刻都在进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆

D．核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，式中X为正电子

二、多选题

10．一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子，并释放核能。已知氘核、氚核、氦核中子的质量分别为、、、，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

C．释放的能量

D．太阳辐射的能量主要来自其内部发生的核聚变反应

E.氘核的比结合能大于氦核的比结合能

11．下列说法正确的是（　　）

A．核燃料总是利用比结合能小的核

B．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短

C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律

D．一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个质子

12．2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程为，下列说法正确的是（　　）

A．有54个质子，78个中子

B．的比结合能比铀核的小

C．释放的核能与质量亏损成正比

D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变

三、填空题

13．能够发生链式反应的最小体积叫做它的________．如果铀235的体积超过了它的这个体积，只要有中子进入，就会立即引起铀核的________，在极短时间内释放出大量________，甚至发生猛烈的爆炸，________就是根据这个原理制成的．

四、解答题

14．两个动能均为的氘核，正面对心碰撞发生聚变，生成一个中子和氦核。已知氘核质量，中子质量，氦核质量。相当于的能量。（能量均以为单位，且保留两位小数）

(1)写出核聚变的方程式；

(2)计算上述核反应释放的核能；

(3)若核反应中释放的核能全部转化为动能，求生成的中子和氦核的动能、。

15．当氘等离子体被加热到适当高温时，可能发生氘核参与的几种聚变反应，并释放能量。这几种反应的总效果可表示为该反应方程中的k和d各为多少？质量亏损为多少？

参考答案

1．B

【详解】

A．卢瑟福的α粒子散射实验，让α粒子穿越原子，少数α粒子发生偏转，极少数α粒子发生大角度偏转，揭示了原子的核式结构，A错误；

B．光电效应说明光具有粒子性，B正确；

C．核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的，质量是不守恒的，C错误；

D．根据玻尔理论可知，一群氢原子核外电子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射 =6种频率的光子，D错误。

故选B。

2．C

【详解】

根据核反应过程质量数电荷量守恒定律可得，方程中的是中子，所以C正确；ABD错误；

故选C。

3．C

【详解】

A．影响原子核稳定性的是比结合能，故A错误；

B．核力是短距力，两个核子需要处在一定距离内才会有核力，故B错误；

C．铀块的体积必须达到临界体积才能发生链式反应，故C正确；

D．一个原子核发生一次衰变，新核相对于原来的原子核，质量数减少4和电荷数减少2，故D错误。

故选C。

4．C

【详解】

A．核聚变需要在超高温、高压的条件下才能发生反应，一旦条件不满足就会停止反应，且没有放射性污染，比核裂变更为安全、清洁，A错误；

B．据电荷数守恒及质量数守恒可确定X粒子为质子，B错误；

C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前增大，C正确；

D．核反应过程有质量亏损，故，D错误。

故选C。

5．C

【详解】

A．是人工转变，是卢瑟福发现质子的方程，A错误；

B．是裂变，B错误；

C．是衰变方程，C正确；

D．是β衰变方程，D错误。

故选C。

6．D

【详解】

ABC．根据核反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，X是中子，ABC错误；

D．核聚变反应释放核能，产生比结合能更大、更稳定的粒子，D正确；

故选D。

7．C

【详解】

A．由质量数守恒和电荷数守恒得核反应方程为

即X核为中子，单个核子没有结合能，故A错误；

B．氘核结合能为

故B错误；

C．氮原子核的比结合能为

故C正确；

D．由质能方程可得质量亏损为

代入得

故D错误。

故选C。

8．A

【详解】

A．根据核反应的特点可知，裂变与衰变都放出能量，A正确；

B．Y原子核中含有的电荷数为

大于80，是具有放射性的，B错误；

C．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，即质子数为56，C错误；

D．半衰期的大小与温度无关，D错误。

故选A。

9．C

【详解】

A．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究揭示了原子核具有复杂的结构，选项A错误；

B．α射线是高速运动的氦原子核，电离本领较强，穿透性极弱，只能穿透薄纸片，选项B错误；

C．核聚变又叫“热核反应”，宇宙中时时刻刻都在进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项C正确；

D．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为为

可以判断其中X质量数为0，电荷数为-1，则X为负电子，选项D错误。

故选C。

10．ABD

【详解】

A．该核反应方程方程是，质量数，质子数守恒，故A正确；

B．聚变反应中的质量亏损，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，故C错误；

D．太阳辐射的能量主要来自其内部发生的核聚变反应，故D正确；

E．氘核的比结合能小于氦核的比结合能，故E错误。

故选：ABD。

11．AC

【详解】

A．根据比结合越大，越稳定，核燃料总是利用比结合能小的核，故A正确；

B．半衰期由原子核本身决定，与外界环境无关，不会随温度的改变而改变，故B错误；

C．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律

故C正确；

D．氘核和氚核聚变成一个氦核的同时放出一个中子，故D错误。

故选AC。

12．ACD

【详解】

A．根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知为，得其质子数为54个，中子数为个，故A正确；

B．是中等质量的核，比结合能大且稳定，故B错误；

C．根据爱因斯坦质能方程，可知释放的核能与质量亏损成正比，故C正确；

D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连续不断地发生裂变，故D正确。

故选ACD。

13．临界体积    链式反应    能量    原子弹   

【详解】

[1]．能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积．

[2][3][4]．如果铀235的体积超过了它的这个体积，只要有中子进入，就会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内释放出大量能量，甚至发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的．

14．(1)；(2)；(3)；

【详解】

(1)由聚变反应中质量数守恒、核电荷数守恒得

。      

(2)设核反应中的质量亏损为，则有

解得

。      

(3)因反应前两核动能相同，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为0，两氘核正面对心碰撞过程动量守恒，结合动量大小p与动能的关系有：

或

或

解得

15．2；2；

【详解】

在核反应的过程中由质量数守恒可得

由核电荷数守恒可得

联立以上两式可解得

，

根据爱因斯坦质能方程

得