2021学年第五节 裂变和聚变课后测评

5.5裂变和聚变基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．关于近代物理学，下列说法正确的是（　　）

A．用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定会发生光电效应

B．重核裂变后生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，质量守恒

C．将放射性物质放在密闭的铅盒内，可以延长它的半衰期

D．原子核的比结合能越大，原子核越稳定

2．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等。在下列核反应中，属于核裂变反应的是（　　）

A．＋→＋ B．→＋

C．＋→＋ D．＋→＋＋3

3．设质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2和m3，那么，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（ ）

A．m2c2 B．(m1+m2)c2

C．(m3-m2-m1)c2 D．(m1+m2-m3)c2

4．下列几幅图的有关说法正确的是（　　）

A．图1中少数α粒子穿过金箔后方向不变，大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转

B．图2光电效应实验说明了光具有波动性

C．图3中射线甲由α粒子组成，每个粒子带正电，电荷量为2e

D．图4链式反应属于轻核的聚变，又称为热核反应

5．核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源．据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是

A． B．

C． D．

6．东方超环是我国自主设计建造的全超导托卡马克核聚变实验装置，该装置的终极目标是实现可控核聚变。核聚变反应方程为：，其中X粒子是（　　）

A．中子 B．电子 C．正电子 D．质子

7．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

8．2020年12月4日，中国规模最大、参数最高的“人造太阳”，即中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）在成都实现首次放电．已知“人造太阳”的核反应方程式是，其中氚（）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子X轰击锂核（）得到，核反应方程为，则（　　）

A．粒子X为质子

B．核反应方程为衰变

C．氦核（）的结合能大于氘核（）和氚核（）的结合能之和

D．在核反应方程式中，反应前的总质量小于反应后的总质量

9．下列说法中正确的是（　　）

A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应

B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的

C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短

D．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，原子总能量减少

10．原子核物理学是20世纪新建立的一个物理学分支，它主要研究原子核的结构和变化规律，射线束的产生、探测和分析技术，以及同核能、核技术应用有关的物理问题，下列说法正确的是（　　）

A．降低温度，放射性元素的半衰期减小

B．核反应堆中铀核俘获一个中子后外裂为两个或几个中等质量数的原子核，并吸收大量核能

C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

D．大量氢原子从的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子

11．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在成都建成并成功放电（如图），为本世纪中叶实现核聚变能应用的目标打下了坚实的基础，“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氚核（）与一个氘核（）反应生成一个新核，同时放出一个中子，释放核能，已知真空中光速为c，下列说法正确的是（　　）

A．核与核是两种不同元素的原子核

B．一个核与一个核反应生成的新核中子数为3

C．一个核与一个核反应过程中质量亏损为

D．核的比结合能为

12．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置—中国环流器二号装置（）在成都建成并实现首次放电。中国“人造太阳”最高温度能达近2亿度，或将造福全世界。该装置中核反应的方程式为，是（   ）

A．化学反应 B．裂变反应 C．链式反应 D．热核反应

13．下列说法正确的是（　　）

A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

B．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构

C．的半衰期是5天，12g经过15天后还有1.5g未衰变

D．按照玻尔理论，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，电子的动能减小，原子总能量减小

14．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

15．中国核学会发布消息称，截至201 9年6月底，中国大陆在运核电机组47台，装机容量4873万千瓦，位居全球第三。铀核（）是获得核能的主要原料之一，其中一种核反应方程为并释放核能，下列说法正确的是（　　）

A．该核反应是重核裂变，产物的结合能之和大于铀核（）的结合能

B．该核反应在中子的轰击下发生，核反应为人工转变

C．X原子核中的核子数为140个，中子数为84个

D．因为裂变时释放能量，根据E=mc2，所以裂变后的总质量数减少

二、填空题（共4题）

16．重核受到其他粒子轰击时分裂成________或________中等质量的核的过程称为________．裂变过程中放出________并释放大量________.

17．利用反应堆中的核燃料________放出的核能转变为________的发电厂，叫做________.

18．关于下列四幅图说法正确的是：_____

   ①放射线监测金属板厚度             ②核反应堆原理图

    ③康普顿效应示意图                ④电子束通过铝箔时的衍射图样

A．图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素

B．图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速

C．图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大

D．图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显

19．如图所示为远距离输电系统示意图，请指出：

（1）发电机的工作原理是：_________________.

（2）假设该系统中的发电厂是核电站，请在下面方框内填写核电站发电过程中的能量转化情况。______， ______

（3）用核能的优点是节约化石能源，你再举一例既节约化石能源又环保的能源___________。

三、综合题（共4题）

20．在一核反应堆中，用石墨作为减速剂使快中子减速。已知的质量是中子的12倍，中子与碳原子核的每次碰撞都视为弹性正碰，并且假定碰撞前是静止的。

(1)设碰撞前中子的动能是，经过一次碰撞后，中子损失的能量是多少？

(2)至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于？

21．现代科学研究表明，太阳辐射能量的来源是其内部的核聚变反应，其中主要的核反应是4个质子聚变而形成一个氦核和两个正电子，并释放核能，设在地球上与太阳光垂直的表面上，单位面积接收到的太阳能辐射功率为P。已知普朗克常量h，光速c，若太阳“释放的核能”最后都以光的形式辐射，其平均频率为v。

（1）写出太阳的核聚变反应方程；

（2）写出太阳发出的光子的能量E0和动量p0的表达式，求出地球上与太阳光垂直的面积为S的平面上，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数N；

（3）光子具有动量，因此光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”。当太阳光垂直照射到某物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为（即反射的光子数是入射光子数的倍，且忽略光子反射时的能量损失），求太阳光垂直照射在地球上该物体表面时，产生的光压I；

22．（1）从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系．但在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。

例如玻尔建立的氢原子模型，仍把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动．即氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，元电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。

①氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。

②氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能与电子和原子核系统的电势能之和．已知当取无穷远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的电势φ＝．求处于基态的氢原子的能量。

（2）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能E0＝0.35MeV对心碰撞，假设该反应中释放的核能也全部转化为氦核（）和中子（）的动能．已知氘核的质量mD＝2.0141u，中子的质量mn＝1.0087u，氦核的质量mHe＝3.0160u，其中1u相当于931MeV．在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）。

23．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）。

参考答案

1．D

2．D

3．D

4．C

5．C

6．A

7．C

8．C

9．A

10．D

11．C

12．D

13．C

14．A

15．A

16．两块    两块以上    重核裂变    中子    能量   

17．裂变    电能    核电站   

18．C

19．电磁感应    核能    机械能    太阳能   

20．（1）；（2）

21．(1) ；(2)，，； (3)

22．（1）①；  ②；（2）EkHe＝1MeV ；Ekn＝3MeV

23．(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。