人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核4 核裂变与核聚变当堂达标检测题

5.4核裂变与核聚变同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．日本政府决定将福岛第一核电站中120万吨核废水倒入海洋。虽然利用东京电力公司开发的液体净化系统，可以去除废水中大部分高放射性物质，但是该系统无法去除带有放射性的氚。氚会发生β衰变，其半衰期约为12.4年。下列说法正确的是（　　）

A．β衰变释放出高速运动的电子流，用一张纸就能把它挡住

B．放射性原子核在发生衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子

C．将核废水做冷却处理，能缩短氚的半衰期，以达到用更短的时间降低核污染

D．福岛核电站利用的是氚在高温条件下与氘实现核聚变反应来进行发电

2．下列核反应方程中，属于α衰变的是

A．

B．

C．

D．

3．人类一直在追求能源的开发和有效利用，太阳能的利用非常广泛，而太阳的巨大能量来源于太阳内部所发生的核聚变反应，该核反应可能是

A．

B．

C．

D．

4．在太阳内部，每时每刻都在发生核反应: +→+X，其中、、、X的质量分别为m1、m2、m3、m4．真空中的光速为c．下列说法正确的是

A．该核反应为核裂变

B．该反应释放的能量为：（m1+m2-m3-m4）c2

C．X为电子

D．—个原子核中含有2个中子

5．用中子轰击的一种核反应方程为，其中、、X、的质量分别为、、和。光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）

A．该核反应为聚变

B．X原子核中含有88个中子

C．增大压强，可以使的半衰期延长

D．该核反应释放的核能为

6．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能，其中是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用、、分别表示、、核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速，关于上述核反应以下说法正确的是（　　）

A．为中子，

B．为质子，

C．对于铀核，平均每个核子放出的核能

D．对于铀核，平均每个核子放出的核能

7．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量，氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.013 6 u，氦3的质量为3.0150 u，氦核的质量为4.001 51 u，质子质量为1.007 83 u，中子质量为1.008 665 u,1 u相当于931.5 MeV.则下列说法正确的是(　　)

A．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子

B．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV

C．核聚变又称热核反应，核聚变时要释放巨大能量，目前人类已经实现了可控热核反应．

D．氘和氦3的核聚变反应方程式： H＋ He→ He＋X，其中X是中子

8．下列说法中正确的是（　　）

A．射线的电离本领比射线弱

B．温度和压强对核反应的进行会产生影响

C．氢原子光谱分立性表明原子核具有复杂的结构

D．石墨对X射线散射时，X射线中产生了波长大于入射波长的成分。这一现象揭示了光的波动性

9．下列说法正确的是（　　）

A．麦克斯韦根据电磁场理论，证实了电磁波的存在

B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减少

C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证明了光是波

10．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

11．下列叙述正确的是（　　）

A．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

B．根据玻尔理论，在氢原子中，电子吸收光子从低能级跃迁到高能级，电子的能量变大，动能也变大

C．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应

D．核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子使核变为新核

12．下列说法中不正确的是（  ）

A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分

B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变

C．一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子

D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型

E．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大

13．下列说法正确的是（　　）

A．爱因斯坦提出的光子假说，解释了光电效应现象

B．随着科技的发展，已经有部分核电站使用核聚变释放的核能来发电

C．卢瑟福在粒子散射实验中发现了质子

D．天然放射线中的射线来源于原子核外电子

14．在超导托卡马克实验装置中，质量为的与质量为的发生核聚变反应，放出质量为的，并生成质量为的新核。若已知真空中的光速为，则下列说法正确的是（　　）

A．新核的中子数为2，且该新核是的同位素

B．该过程属于衰变

C．该反应释放的核能为

D．核反应前后系统动量不守恒

15．一颗恒星的寿命取决于它的（       ）

A．温度 B．颜色 C．质量 D．体积

二、填空题（共4题）

16．临界体积是指能够_______________的最小体积。因为若铀块的体积不够大，裂变出的中子可能会从_______________，因而无法继续产生_____________________。

17．核能是一种高效的能源。

（1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（如图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是_____________（选填“铝”、“铅”或“混凝土”）

（2）图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了_________（选填""、""或“”）射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了_____________（选填""、""或“”）射线的辐射。

18．太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。X粒子的质量为___________，太阳每秒因为辐射损失的质量约为________kg（结果均保留2位有效数字）

19．若核实验的核原料是，则

（1）完成核反应方程式_______

（2）已知铀核的质量为235.0439 u，中子质量为1.0087 u，锶(Sr)核的质量为89.9077 u，氙(Xe)核的质量为135.9072 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，则一个原子核裂变释放的能量为________MeV。（小数点后保留一位）

三、综合题（共4题）

20．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.0180u（lu＝931MeV，能量单位用MeV,计算结果小数点后保留两位有效数字）。求：

（1）写出聚变方程；

（2）释放出的核能多大？

21．有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为，此反应中释放的核能为，已知光速为c。

(1)请确定聚变方程中Z、M的数值；

(2)求上述聚变反应中的质量亏损；

(3)轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，请你结合实际，说明它们的异同点。

22．在用铀235作燃料的反应堆中，铀235核吸收一个动能约为0.025eV的慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和2~3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将快中子减速，有一种减速的方法是用石墨（碳12）作减速剂。设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，没有机械能损失。

(1)求快中子与碳原子发生一次碰撞后的速度v与原来的速度的比值。

(2)一个动能为的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次，才能减速成为0.25eV的慢中子？

附部分常用对数

23．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程、请按要求回答下列问题。

（1）卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面作出了卓越的贡献，请选择其中的两位，指出他们的主要成就。

（2）在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请分别写出它的名称和相关用途。

（3）在热中子反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂、中子在重水中可与核碰撞减速，在石墨中可与核碰撞减速，上述碰撞可简化为弹性碰撞模型，某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好？

参考答案：

1．B

2．B

3．A

4．D

5．B

6．C

7．B

8．B

9．D

10．C

11．A

12．A

13．A

14．A

15．C

16．     发生链式反应     表面逸出     裂变反应

17．     混凝土         

18．         

19．          140.4

20．（1）；（2）6.24MeV

21．(1)，；(2)；

(3)异同点如下表格

22．(1)；(2)56次

23．

（1）卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，预言了原子核中，中子的存在；玻尔成功将量子理论引入了原子模型，提出了轨道的量子化和定态，并成功解释氢光谱。

（2）根据左手定则，粒子1向左偏，带正电荷是粒子，高速粒子可以实现原子核的人工转变；粒子2在磁场中不发生偏转，不带电是射线（光子），可以在医疗中利用射线治疗肿瘤；粒子3向右偏，带负电是粒子（电子），可以使荧光屏发光。

（3）设中子的质量为m，靶核的质量为M，根据动量守恒定律

由于弹性碰撞，能量守恒

整理得

若靶核为重水，则

可知

若靶核为石墨，则

可知

因此与重水碰撞后中子的速度减小的较快，故重水减速效果更好。