选择性必修 第三册第4节 核裂变和核聚变课后测评

5.4核裂变和核聚变基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．中科院近代物理研究所利用兰州重离子加速器（HIRFL），通过“熔合蒸发”反应合成超重核Ds并辐射出中子。下列可能合成该超重核的原子核组合是（　　）

A．Ni、Pb B．Ni、Bi

C．Ni、Pb D．Ni、Bi

2．2018年11月21日消息，中科院合肥物质科学研究院核能安全所吴宜灿研究员获得了美国核学会聚变核能杰出成就奖。关于聚变与衰变、天然放射现象，下面说法正确的是（　　）

A．原子核核子间的距离接近到就会发生聚变反应

B．衰变成要经过6次衰变和4次衰变

C．天然放射现象中产生的a射线穿透能力很强且速度与光速相当

D．衰变是放射性元素原子的核外电子具有较高能量时发生的

3．关于近代物理学，下列说法正确的是

A．β射线的发现证实了原子核内部存在电子

B．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少

C．温度越高，放射性元素的半衰期越短

D．光电效应实验表明光具有粒子性，康普顿效应实验表明光具有波动性

4．下列说法正确的是（　　）

A．光的干涉现象和光电效应都表明光具有波动性

B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

C．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型

D．中子与中子间的核力一定大于中子与质子间的核力

5．下列说法正确的是（　　）

A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流

B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2

C．核反应方程中的x为中子

D．聚变反应中粒子的比结合能变小

6．已知氘核的比结合能是1.09MeV，氚核的比结合能是2.70Mev，氦核的比结合能是7.03MeV。在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是（　　）

A．这是一个裂变反应

B．核反应方程为

C．核反应过程中吸收的核能是3.16MeV

D．目前核电站都采用上述核反应发电

7．重核裂变的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋x。则（　　）

A．该核反应方程中x＝10

B．U的中子数为92

C．Xe的中子数等于Sr的中子数

D．该核反应中质量增加

8．关于近代物理初步，下列说法正确的是（　　）

A．裂变比聚变更难控制

B．卢瑟福发现中子的核反应方程为

C．居里夫妇发现了放射性同位素，同时发现了电子

D．伽马粒子穿透能力强，不容易发现干涉和衍射现象

9．关于原子核下列说法正确的是（　　）

A．属于核裂变

B．属于衰变

C．由方程可知可以衰变为和

D．一个原子核衰变为一个原子核的过程中，发生6次衰变

10．下列说法中正确的是（　　）

A．β衰变说明原子核里有电子

B．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少4个

C．放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短

D．U→Th+He是核裂变反应方程

11．下列有关原子核的反应中，正确的是（　　）

A．是α衰变

B．是核聚变

C．是α衰变，其中的y=206，X的中子数为124

D．是核裂变

12．有四个核反应方程如下：

①

②

③

④

下列说法正确的是（　　）

A．①是核裂变 B．x2为

C．③是人工核反应 D．x4为中子

13．一个原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为则下列说法正确的是（　　）

A．X原子核中含有86个中子

B．X原子核中含有141个核子

C．因为裂变释放能量，X原子核的比结合能应比原子核的小

D．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少

14．2020年12月4日，新一代“人造太阳”中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘（），氚核（）可以用中子轰击锂核（）得到。下列说法正确的是（　　）

A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量

B．中子轰击锂核（）反应方程为

C．中子轰击锂核（）发生了衰变

D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氦核（）的比结合能大

15．2019年4月23日，在中国海军建军70周年阅兵式上，中国海军的093改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是（　　）

A．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子

B．核反应方程属于裂变，是核潜艇的动力原理

C．核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理

D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和

二、填空题（共4题）

16．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．

17．恒星的亮度取决于它的____________、____________以及离地球的距离。

18．在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是______，属于裂变的是______，属于聚变的是______

A．

B．

C．

D．

19．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为

235.0439  1.0087    138.9178  93.9154

反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位为单位），已知的质量对应的能量为，此裂变反应释放出的能量是______．

三、综合题（共4题）

20．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应根据这一理论，在太阳内部4个氢核转化成一个氦核相两个正电子并放出能量已知质子质量，粒子质量，电子质量其中u为原子质量单位，且lu相当于．

写出该核聚变的反应方程；

一次这样的核反应过程中释放出多少兆电子伏特的能量？保留4位有效数字

21．太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且也包括所有矿物燃料能、水能、风能等间接的太阳能资源，严格地说，除了地热能、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能，太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳的能源。

(1)写出核反应方程；

(2)若mH=1.007 3 u，mHe=4.002 6 u，me=0.000 55 u，则该反应中的质量亏损是多少？

(3)如果1 u相当于931.5 MeV的能量，则该反应中释放的能量是多少？

(4)由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期是“较长”还是“较短”，并说明理由（假设地球公转半径不变）。

22．太阳中心的“核反应区”不断地发生着轻核聚变反应，这是太阳辐射出能量的源泉。已知太阳向外辐射能量的总功率为P1，太阳中心到火星中心的距离为L，火星的半径为r，且r远远小于L。火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失，以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。

(1)太阳中心的典型轻核聚变反应是4个质子（）聚变成1个氦原子核（）同时产生2个正电子（），写出该聚变反应方程。

(2)求在时间t内，火星接收来自太阳辐射的总能量E火。

(3)自然界中的物体会不断地向外辐射电磁波，同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波，当辐射和吸收平衡时，物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就称为黑体。已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ为已知常量。

①若将火星看成表面温度相同的黑体，求辐射和吸收达到平衡时，其表面平均温度T火的表达式；

②太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中，会不断被太阳的其他部分吸收，然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度，某同学建立如下简化模型：如图乙所示，将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成，第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面；各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波（第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波，最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波），如图丙所示；“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面，每个“薄球壳层”都视为黑体，且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡，所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。

已知“核反应区”的半径与太阳半径之比约为R:R0=1:4，太阳的表面温度约为T0=6×103K，所构想的薄球壳层数N=1.0×1012。据此模型，估算“核反应区”的温度T的值，并指出该模型的主要缺点。

23．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核聚变生成1个氦核和2个正电子。请你写出此核反应方程。

参考答案

1．A

2．B

3．B

4．C

5．C

6．B

7．A

8．D

9．D

10．B

11．C

12．A

13．A

14．B

15．C

16．临界体积    链式反应    能量    原子弹   

17．体积    温度   

18．C    D    A   

19．

20．① ②24.87

21．(1)；(2)0.0255 u；(3)23.75325 MeV；

(4)在很久很久以前，太阳的质量比现在的大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由

可知，很久很久以前，地球公转的周期较短。

22．(1)→+2；(2)；(3)①；②T=1.2×107K，

②太阳表面单位时间内向外辐射的总能量为P1，根据题意，当辐射和吸收电磁波的能量达到平衡时，对于第一层有

P2=2P1

对于第二层有

2P2=P3+P1

所以

P3=3P1

对于第三层有

2P3=P4+P2

所以

P4=4P1

由此可推知

PN=NP1；P核=（N+1）P1

则在太阳表面

在太阳核反应区

联立以上两式得

带入数据，解得

T=1.2×107K

主要缺点：从得到的表达式

可以看出，太阳核反应区的温度依赖于薄层的层数N，只有当层数N取特定的值（比如题目中给的值）才和太阳实际温度符合（比如题目中给的T）；大量薄层之间可能会有少量物质交换，这个模型就不再是严格意义上的“黑体”。

23．