高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子测试题

5.4　核裂变与核聚变

5.5　“基本”粒子

一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)

1．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法：

①U原子核中有92个质子，143个中子；

②U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，其中一种反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n；

③U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；

④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J。

以上说法中完全正确的是(　D　)

A．①②③ B．②③④

C．①③④  D．①②④

解析：由U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D。

2．一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q1，两个氘核发生核反应生成一个氦核，氘核聚变反应方程是H＋H→He＋n。该反应放出的能量为Q2，聚变反应中生成氦核的比结合能是(　C　)

A． B．

C．  D．

解析：两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能量为2Q1，两个氘核结合成氦核放出的能量为Q2，核子结合成氦核释放的能量为2Q1＋Q2，氦核的核子数等于3，氦核的比结合能为， 故C正确，ABD错误。

3．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是(　B　)

A．母核的质量数小于子核的质量数 B．母核的电荷数大于子核的电荷数

C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能大于中微子的动能

解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误，故选B。

二、非选择题(共22分)

4．(11分)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能。

(1)核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种核？

(2)有一座核能发电站，发电能力P＝1×106kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，铀核的质量mU＝3.9×10－25 kg，求每年需要消耗的铀的质量。(结果保留2位有效数字)

答案：(1)3　中子　(2)0.98 t

解析：(1)根据质量数和核电荷数守恒可得：

X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，a＝3。

(2)该核能发电站一年发出的电能为：W1＝Pt＝1×109×365×24×360 0 J＝3.153 6×1016 J

需要核反应产生的能量为：W＝＝7.008×1016 J

这么多核能需要燃烧的铀核质量为m＝

代入数据，解得：m≈983.1 kg＝0.98 t。

5．(11分)中国在“人造太阳”方面的研究取得了较大的成就，“人造太阳”被评为2018年中国10大科技之一。其原理是一个质量mD＝3.343 6×10－27 kg的氘核(H)与一个质量mT＝5.008 5×10－27 kg的氚核(H)发生核聚变，结合后生成了一个质量大小为m＝6.646 7×10－27 kg的新核，同时放出一个质量mn＝1.675 0×10－27 kg的中子(n)，并释放出大小为E的能量。(光的速度c＝3.0×108 m/s，结果保留三位有效数字)

(1)写出“人造太阳”轻核聚变的方程式；

(2)求该聚变释放的能量E。

答案：(1)H＋H→He＋n　(2)2.74×10－12 J

解析：(1)轻核聚变的方程式：

H＋H→He＋n。

(2)轻核聚变中质量亏损为：

Δm＝mD＋mT－m－mn＝3.343 6×10－27 kg＋5.008 5×10－27 kg－6.646 7×10－27－1.675 0×10－2 kg＝0.030 4×10－27 kg

轻核聚变释放的能量：

E＝Δmc2＝0.030 4×10－27×(3×108)2 J≈2.74×10－12 J。