新人教版高中物理选择性必修第三册第五章原子核第45节核裂变与核聚变“基本”粒子基础训练含解析

第4、5节 核裂变与核聚变、“基本”粒子课堂检测1.推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、负质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等，电性相反（中子和反中子都不带电）。科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子）。你推测反氦原子的结构可能是( )A.由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成B.由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成C.由两个质子、两个电子和两个中子构成D.由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的中子构成答案：D解析：组成反氦原子的粒子与组成氦原子的粒子应具有相同的质量，相等的电荷量但电性相反，据此分析可知反氦原子可能由两个带负电的质子（反质子）、两个带正电的电子（正电子）和两个不带电的中子构成。2.（2021广西柳州高三一模）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镉棒控制核反应速度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答案：C解析：核潜艇的核反应是重核裂变，不属于热核反应，故A项错误；发生链式反应的条件是裂变物质的体积必须大于等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于等于临界质量，故原子弹中铀或钚元素的质量必须大于等于临界质量，故B项错误；核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度，故C项正确；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项错误。3.（2021江西南昌进贤一中高三开学考试）铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是​92235U+​01n→​56144Ba+​3689Kr+3​01n，以下说法正确的是( )A.该反应质量数守恒，没有质量亏损B.​92235U的中子数比​56144Ba的多91个C.​92235U的比结合能比​56144Ba的大D.​56144Ba的结合能比​3689Kr的大答案：D解析：核反应质量数守恒，但此反应释放核能，有质量亏损，故A项错误；​92235U的中子数为143，​56144Ba中子数为88，中子数相差55，故B项错误；重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能更大，故C项错误；核子数越多，结合能越大，则​56144Ba的结合能比​3689Kr的大，故D项正确。4.（2021山东胶州实验中学高三月考）海水中含有丰富的氘，氘是核聚变的重要原料，两个氘核以相同的动能Ek 1发生正碰，并发生核聚变，聚变后产生氦3并释放一个粒子X，粒子X的动能为Ek2，若核反应释放的核能全部转化为动能，则( )A.X为质子B.氦3和X粒子动量相同C.氦3的动能为13Ek2D.释放的核能为43Ek2答案：C解析：根据质量数和电荷数守恒，可以写出该聚变反应方程式​12H+​12H→​23He+​01n，可知X为中子，故A项错误；氦3和X粒子动量大小相等，方向相反，故B项错误；根据Ek=p22m，得p=2mEk，由2mHeEkHe=2mnEk2可知EkHe=13Ek2，故C项正确；释放的核能ΔE=43Ek2-2Ek1，故D项错误。素养视角教材拓展夸克模型素养演练1.下列关于夸克模型的说法错误的是( )A.强子是由更基本的夸克组成的B.夸克的电荷量分别为元电荷的+23或-13C.每种夸克都有对应的反夸克D.夸克能以自由的状态单个出现答案：D解析：夸克不能以自由的状态单个出现。2.（多选）已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u¯或反夸克d¯）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是( )A.π+由u和d¯组成 B.π+由d和u¯组成C.π-由u和d¯组成 D.π-由d和u¯组成答案：A ; D解析：因π+介子带有+e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克u带+23e的电荷量，反夸克d¯带+13e电荷量，那么π+介子就是由夸克u和反夸克d¯组成的；同理，π-介子由夸克d和反夸克u¯组成，所以A、D两项正确。课时评价作业见学用《作业本》145页基础达标练1.以下说法正确的是( )A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B.质子、中子、介子和超子都属于强子C.强子、轻子都有内部结构D.τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子答案：B解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故A项错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C项错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，B项正确，D项错误。2.（2021河北唐山第十一中学高三开学考试）太阳能热水器采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是( )A.​13H+​12H→​24He+​01nB.​714N+​24He→​817O+​11HC.​92235U+​01n→​54136Xe+​3890Sr+10​01nD.​92238U→​90234Th+​24He答案：A解析：热核反应是氘和氚发生的聚变。3.如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法中正确的是( )A.铀235容易吸收快中子发生裂变反应B.快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案：B解析：在核反应堆中，慢中子容易被铀235俘获发生裂变反应；快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；在核电站中，通过控制棒吸收中子多少来控制反应速度。4.（2021河北邯郸高三期末）2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，经现场确认，该机组各项技术指标均符合设计要求，机组状态良好，并创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。这标志着中国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，以下关于核能的有关说法正确的是( )A.华龙一号发电的核能是利用轻核聚变B.华龙一号发电的核能是利用重核裂变C.重核裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小D.轻核聚变过程中释放核能是因为新核核子的平均质量大答案：B解析：目前核电站都是利用重核裂变释放的能量，裂变之所以释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能；同理，轻核聚变过程释放能量是因为新核核子的平均质量小于原来核子的平均质量。5.对于氢弹的有关描述，下列说法正确的是( )A.氢弹爆炸的原理是核聚变B.目前核电站的工作原理与氢弹相同C.低温能延长放射性元素的半衰期D.核聚变的主要反应物是高能的质子和电子答案：A解析：氢弹爆炸的原理是核聚变，目前核电站的工作原理是核裂变。6.1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为（NA为阿伏加德罗常数）( )A.NA×196 MeV B.235NA×196 MeVC.235×196 MeV D.NA235×196 MeV答案：D解析：1 g铀235的物质的量为1235mol，因此1 g铀235释放的核能E=NA235×196 MeV。7.科学家发现在月球上含有丰富的​23He（氦3），它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为2​23He→2​11H+​24He，关于​23He聚变，下列表述正确的是( )A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用​23He聚变反应发电答案：B解析：核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放；目前核电站采用重核裂变的方法来发电。8.（多选）铀核裂变反应中的一个核反应方程为：​92235U+​01n→​54136Xe+​3890Sr+10​01n。已知​92235U的质量为235.0439 u，中子的质量为1.0087 u，锶90的质量为89.9077 u，氙136的质量为135.9072 u，则此核反应中( )A.质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072)uB.质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)uC.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×(3×108)2JD.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×931.5 MeV答案：B ; D解析：计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用u或kg作单位，故A项错误，B项正确；质量单位为u时，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV ”计算总能量，故D项正确；当质量单位为kg时，直接乘以(3×108)2，总能量单位才是J，故C项错误。素养提升练9.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电荷量为+23e，d夸克带电荷量为-13e，e为元电荷，下列论断可能正确的是( )A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成答案：B解析：由于质子带电荷量为e，则由两个u夸克和一个d夸克组成，其总的电荷量为e；中子不带电，则由一个u夸克、两个d夸克组成，其总的电荷量为0，由此可知B项正确。10.（多选）一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是​92235U+X→​56144Ba+​3689Kr+3​01n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是( )A.核反应方程中，X粒子是中子B.核反应方程中，X粒子是质子C.​92235U、​56144Ba、​3689Kr相比，​56144Ba核的比结合能最大，它最稳定D.​92235U、​56144Ba、​3689Kr相比，​92235U核的核子数最多，它的结合能最大答案：A ; D解析：根据电荷数和质量数守恒可知X是中子，A项正确，B项错误；分析比结合能随核子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以​92235U、​56144Ba、​3689Kr相比，​3689Kr核的比结合能最大，最稳定，C项错误；原子核中核子数越多的结合能越大，故​92235U、​56144Ba、​3689Kr相比，​92235U核的核子数最多，它的结合能最大，D项正确。11.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为​11H+​612C→​713N+Q1，​11H+​715N→​612C+X+Q2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见表：以下推断正确的是( )A.X是​23He，Q2>Q1B.X是​24He，Q2>Q1C.X是​23He，Q2