人教版 (2019)选择性必修 第三册核裂变与核聚变综合训练题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册核裂变与核聚变综合训练题，共4页。试卷主要包含了关于铀核裂变,下列说法正确的是，0×108个B，以下说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
◆ 知识点一 核裂变
1.(多选)关于铀核裂变,下列说法正确的是( )
A.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不同的新核
B.铀核裂变时可能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
2.[2024·天津一中月考] 传统的航母动力来源是燃油蒸汽轮机,燃油限制了航母的载重量、续航里程和战斗力.2021年,我国研发的小型核反应堆“玲珑一号”问世,为我国建造核动力航母奠定了基础,“玲珑一号”的核燃料为浓缩铀,体积小,功率大,92235U的一种核反应方程为92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,生成的56144Ba还会发生β衰变.下列说法正确的是( )
A.铀发生的这种核反应又叫热核反应,需要很高的温度
B.铀发生的这种核反应产生慢中子,对中子加速后可发生链式反应
C. 56144Ba发生β衰变时产生的β射线是钡原子核外的电子跃迁形成的
D. 56144Ba发生β衰变的速度不能通过调节压强和温度来控制
◆ 知识点二 反应堆与核电站
3.如图所示,“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放,核燃料是铀棒,在铀棒周围放“慢化剂”,快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后,中子速度减小变为慢中子.下列说法正确的是( )
A.“慢化剂”使快中子变为慢中子,慢中子更难被铀核捕获,从而减缓反应速度
B.裂变后的新核氪的比结合能小于铀核的比结合能
C.链式反应是指由重核裂变产生的电子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
D.当核反应过于缓慢时,可以适当地抽出镉棒,达到加快核反应速度的目的
◆ 知识点三 核聚变
4.[2024·湖北武汉二中月考] 2023年8月,“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,标志着我国在可控核聚变领域达到了国际领先水平.下列关于核聚变的说法正确的是( )
A.轻核聚变过程,原子核的比结合能变大
B.轻核聚变在常温常压下即可自发地进行
C.轻核聚变过程,生成物的质量大于反应物的质量
D.与核裂变反应相比,核聚变的产能效率更低
5.[2024·北京八中月考] 科学研究表明,太阳核心的温度极高、压力极大,使得太阳内部每4个氢核(11H)转化为1个氦核(24He)和几个正电子并释放出大量能量.假设生成的所有正电子均定向移动,且正电子在8×10-4 s时间内定向移动形成的平均电流为8.0×10-8A,已知电子的电荷量为1.6×10-19 C,则在这段时间内发生核聚变的氢核(11H)的个数为( )
A.8.0×108个B.4.8×108个
C.3.2×108个D.2.4×108个
◆ 知识点四 “基本”粒子
6.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.质子和中子都属于强子
C.现代实验发现强子、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
7.(多选)[2024·山西大同一中月考] 下列说法正确的是( )
A.强子是参与强相互作用的粒子
B.轻子是不参与强相互作用的粒子
C.目前发现的轻子只有4种
D.夸克有6种,它们带的电荷量为元电荷的+23或-13
8.2020年12月4日,新一代“人造太阳”核聚变实验装置——中国环流器二号M(如图甲所示)在四川成都建成并实现首次放电.这标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下了坚实基础.它是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器装置,容器外面缠绕着两组线圈(如图乙所示).通电时,托卡马克的内部会产生巨大的螺旋形磁场,将1.5亿摄氏度高温的等离子体约束在环形真空室内,以达到核聚变的目的.下列说法正确的是( )
A.核能不属于清洁能源
B.托卡马克内部核反应可能是92235U+01n→ 56144Ba+ 3689Kr+301n
C.线圈1产生水平方向的环形磁场
D.螺旋形磁场可以约束运动方向不同的带电粒子
9.[2024·清华附中月考] 近代物理研究表明K-介子衰变的方程为K-→π-+π0,其中K-介子和π-介子带负电的基元电荷,π0介子不带电.一个K-介子在磁感应强度为B的匀强磁场中做半径为R的匀速圆周运动,在某时刻K-介子发生衰变,观察到π-介子做半径为2R的匀速圆周运动,运动轨迹如图所示,π0介子的轨迹未画出.则K-介子、π-介子、π0介子的动量大小之比为( )
A.1∶2∶2
B.1∶2∶3
C.1∶2∶1
D.2∶1∶3
10.[2024·浙江1月选考] 已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 ml-1,氘核摩尔质量为2 g/ml,1 u相当于931.5 MeV.关于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是( )
A.核反应方程式为 12H+13H→23He+01n
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
11.[2023·湖北孝感高中月考] 2022年12月,美国能源部官员宣布:加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”,这一突破帮助人类在实现零碳排放能源的进程中迈出关键一步.太阳之所以能发光并辐射出巨大的能量,就是内部氢核聚变的结果.
(1)氢核聚变的核反应方程为 12H+13H→24He+01n,12H的质量为2.014 1 u,13H的质量为3.016 0 u,24He的质量为4.002 6 u,01n的质量为1.008 7 u,1 u=931.5 MeV/c2.求该反应释放的核能约为多少MeV?(结果保留2位小数)
(2)假定地球单位面积接受太阳直射能量的功率为P0,地球到太阳的距离为r,太阳可用于氢核聚变的质量为m,光在真空中传播的速度为c,请估算太阳的寿命.
12.[2024·广东广雅中学月考] 用中子轰击铀核(92235U),其中的一个可能反应是分裂成钡(56141Ba)和氪(3692Kr)两部分,放出3个中子.各个核和中子的质量如下:(计算结果保留两位小数)
mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg;
mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg.
(1)试写出核反应方程;
(2)求出反应中释放的核能;
(3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦,则秦山核电站一年需要消耗多少千克的铀?
4 核裂变与核聚变 5 “基本”粒子
1.BC [解析] 铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是多种多样的,具有极大的偶然性,裂变成两种不同的新核的情况多,也有的裂变成多种,并放出几个中子,铀235受中子的轰击时,裂变的几率大,而铀238裂变的几率小,要引起链式反应,需使铀块体积不小于临界体积,故B、C正确.
2.D [解析] 铀发生的这种核反应属于核裂变反应,不属于核聚变反应,不需要很高的温度,A错误;铀发生的这种核反应产生快中子,用慢化剂对其减速后可发生链式反应,B错误;56144Ba发生β衰变时产生的β射线是原子核内中子转化为质子时产生的,C错误; 56144Ba衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,与外界因素无关,D正确.
3.D [解析] 中子的速度不能太快,否则无法被铀核捕获,裂变反应不能进行下去,A错误;重核裂变,质量亏损,释放核能,比结合能大的原子核稳定,故新核氪的比结合能大于铀核的比结合能,B错误;链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程,C错误;镉棒的作用是吸收中子,当核反应过于缓慢时,可以适当地抽出镉棒,吸收中子较少,达到加快核反应速度的目的,D正确.
4.A [解析] 原子的比结合能越大越稳定,生成物较稳定,比结合能变大,A正确;轻核聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离,因此需要高温,B错误;核反应释放热量,质量亏损,所以生成物的质量小于反应物的质量,C错误;与核裂变反应相比,核聚变的产能效率更高,D错误.
5.A [解析] 根据电荷数守恒与质量数守恒可得411H→ 24He+210e,每4个氢核转化为1个氦核和2个正电子,根据公式可得q=It=8×10-4×8.0×10-8 C=6.4×10-11 C,正电子个数为n=qe=6.4×10-111.6×10-19=4×108,发生核聚变的氢核的个数为正电子个数的两倍,即氢核的个数是8×108.故选A.
6.B [解析] 最早发现的强子是质子,最早发现的轻子是电子,A错误;强子有内部结构,现代实验还没有发现轻子的内部结构,C错误;质子和中子都属于强子,τ子质量比核子质量大,但仍属于轻子,D错误,B正确.
7.ABD [解析] 由粒子的特性可知,强子是参与强相互作用的粒子,轻子是不参与强相互作用的粒子,故A、B正确;目前发现的轻子有6种,故C错误;已知夸克有6种,它们带的电荷量为元电荷的+23或-13,故D正确.
8.D [解析] 核能属于清洁能源,不会对大气环境造成污染,故A错误;由题意可知,托卡马克内部核反应为核聚变,92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂变,故B错误;线圈1在水平面内,由右手螺旋定则可知,其产生竖直方向的磁场,故C错误;根据左手定则可知,若磁场方向变化,则洛伦兹力方向变化,即螺旋形磁场可以约束运动方向不同的带电粒子,故D正确.
9.C [解析] 对K-介子,根据洛伦兹力公式和向心力公式可得evB=mv2R,可得K-介子的动量为p=mv=BeR,同理,可得π-介子的动量为p'=2BeR,则K-介子、π-介子的动量大小之比为1∶2;K-介子发生衰变,π-介子、π0介子组成的系统动量守恒,即π0介子的动量等于π-介子的动量减去K-介子的动量,所以K-介子、π-介子、π0介子的动量大小之比为1∶2∶1,故选C.
10.D [解析] 根据核反应中质量数守恒、电荷数守恒,可知核反应方程式为 12H+13H→24He+01n,选项A错误;生成物比反应物更稳定,因此生成物的比结合能更大,即氦核的比结合能比氘核的大,选项B错误;发生轻核聚变的条件是原子核之间距离达到原子核的尺度,即达到10-15 m,选项C错误;根据核反应可知,每次核聚变反应后质量亏损为Δm=n氘+n氚-n氦-n中=0.018 9 u,4 g氘参加反应,含有氘核个数N=mMNA=42×6×1023=1.2×1024,质量亏损产生的核能为ΔE=NΔm×931.5 MeV=1.2×1024×0.018 9×931.5 MeV=2.11×1025 MeV,选项D正确.
11.(1)17.51 MeV (2)mc24πP0r2
[解析] (1)该反应中质量亏损Δm=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.018 8 u
由质能方程ΔE=Δmc2
代入数据,该反应释放的核能ΔE=17.51 MeV
(2)太阳每秒辐射的能量E0=P0×4πr2,太阳每秒减少的质量Δm0=E0c2
太阳的寿命t=mΔm0,解得t=mc24πP0r2
12.(1)92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n (2)3.22×10-11 J
(3)2.48×103 kg
[解析] (1)核反应方程为92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
(2)一个铀核发生反应的质量亏损
Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=mU-mBa-mKr-2mn=390.313 9×10-27 kg-234.001 6×10-27 kg-152.604 7×10-27 kg-2×1.674 9×10-27 kg=0.357 8×10-27 kg
一个铀核裂变释放能量为ΔE=Δmc2=0.357 8×10-27×(3×108)2 J≈3.22×10-11 J
(3)秦山核电站一年需要消耗铀的质量
m=650×107×365×24×36003.22×10-11×390.313 9×10-27 kg≈2.48×103 kg