第22講核裂變與核聚變（解析版）

第22講核裂變與核聚變目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)1.知道什么是裂變、聚變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和聚變的條件。2.會書寫裂變和聚變方程，會利用質(zhì)量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能。3.了解核反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度。知識精講知識精講知識點01核裂變（一）核裂變的發(fā)現(xiàn)1．核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變。2．鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應(yīng)，引起新的核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4．臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。（二）反應(yīng)堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒；(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)；(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。2．工作原理核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻。3．核污染的處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線．核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下?！局R拓展】1．典型的裂變方程(1)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,

54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n2．核能的釋放由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能。3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件(1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積；(2)有足夠濃度的鈾235；(3)有足夠數(shù)量的慢中子；4．裂變反應(yīng)的能量大?。衡櫤肆炎?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量；一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。5．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應(yīng)速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護(hù)層厚水泥層防止放射線泄露，對人體及其他生物體造成傷害(1)消耗的核燃料少；(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采用儲量大，所能提供的能量大；(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小?！炯磳W(xué)即練1】下列關(guān)于核反應(yīng)方程及描述，正確的是（）A．He+Al→P+n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程B．U→Xe+Sr+n是核聚變方程C．H+H→He+n是α衰變方程D．N+He→O+H是α衰變方程【答案】A【分析】A．該方程是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程，找到了放射性的同位素30P，故A正確；B．該方程是核裂變方程，但書寫錯誤，不是核聚變方程，故B錯誤；C．該方程是輕核聚變反應(yīng)，故C錯誤；D．該方程是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程，故D錯誤。故選A。【即學(xué)即練2】下列說法正確的是（）A．能量耗散現(xiàn)象不滿足能量守恒定律B．核電站是利用可控的核聚變來發(fā)電的C．來源于太陽能的水能、風(fēng)能、潮汐能等屬于可再生能源D．能量是守恒的，不會憑空消失，所以不會發(fā)生能源危機(jī)【答案】C【分析】A．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是普遍規(guī)律，能量耗散不違反能量守恒定律，故A錯誤；B．核電站是利用可控的核裂變來發(fā)電的，故B錯誤；C．水能、風(fēng)能、潮汐能等在自然界中可以不斷再生，屬于可再生能源，故C正確；D．能量的轉(zhuǎn)化是有方向性的，即使能量符合守恒定律，某些能量在短期內(nèi)也無法再生，故D錯誤。故選C。知識點02核聚變1．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。2．核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件：使輕核的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)。4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核聚變成氦核釋放的核能。5．人工熱核反應(yīng)：氫彈．首先由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。6．核聚變與核裂變的比較：(1)優(yōu)點：①輕核聚變產(chǎn)能效率高；②地球上核聚變?nèi)剂想碗暗膬α控S富；③輕核聚變更為安全、清潔；(2)缺點：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。【知識拓展】1．聚變發(fā)生的條件：要使輕核發(fā)生聚變，必須使輕核間的距離達(dá)到核力發(fā)生作用的距離10－15m以內(nèi)，這要克服原子核間巨大的庫侖斥力作用，使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)。3．聚變方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大3～4倍【即學(xué)即練3】能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一。下列核反應(yīng)方程及其表述都正確的是（）A．He＋Al→P＋H是原子核的人工轉(zhuǎn)變B．F＋H→O＋He是α衰變C．H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)D．U→Sr＋Xe＋3n是核裂變反應(yīng)【答案】C【分析】A．該方程書寫錯誤，電荷數(shù)兩邊不相等，故A錯誤；B．該方程是人工轉(zhuǎn)變方程，故B錯誤；C．該方程是核聚變反應(yīng)，故C正確；D．該方程書寫錯誤，反應(yīng)物中應(yīng)該有中子，故D錯誤。故選C?！炯磳W(xué)即練4】有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識，下列說法正確的是（）A．γ射線是高速運(yùn)動的中子流B．氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動的電子動能增大C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D．Bi的半衰期是5天，200gBi經(jīng)過10天后還剩下25g【答案】B【分析】A．γ射線是光子流，A錯誤；B．氫原子輻射光子后，從高軌道躍遷到低軌道，電子軌道半徑減小，根據(jù)，聯(lián)立解得所以電子動能增大，B正確；C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，C錯誤；D．Bi的半衰期是5天，經(jīng)過10天，即經(jīng)過2個半衰期，剩余質(zhì)量D錯誤。故選B。能力拓展能力拓展考法01核裂變【典例1】下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖所示，其中說法正確的是（）A．甲圖中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，C處觀察不到閃光點B．圖乙中用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能C．圖丙中處于n=3能級的一個氫原子向低能級躍遷，最多可以放出3種頻率的光D．丁圖中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明鋅板原來一定帶正電【答案】D【分析】A．甲圖是盧瑟福α粒子散射實驗，α粒子與金箔撞擊后，絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子發(fā)生較大程度的偏轉(zhuǎn)，甚至是反向，所以在C處也能看到少量的閃光點，故A錯誤；B．圖乙是中子轟擊原子核發(fā)生裂變反應(yīng)，不是聚變反應(yīng)，故B錯誤；C．一個處于n=3能級的氫原子發(fā)生躍遷時，可以從能級3躍遷到能級2，釋放出一種光子，接著再從能級2躍遷到能級1，再釋放出另一種光子，所以一個處于n=3能級的氫原子躍遷時最多只能放出2種不同頻率的光子，故C錯誤；D．發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從鋅板表面逸出，會使鋅板會帶上正電。如果用弧光燈照射原本就帶電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器張角變大時，說明鋅板所帶電荷量增加，因此說明鋅板原來一定帶正電，故D正確。故選D?？挤?2核聚變【典例2】2020年12月4日，新一代“人造太陽”中國環(huán)流二號M裝置（HL-2M）正式建成并實現(xiàn)首次放電，放電溫度達(dá)太陽芯部溫度近10倍?！叭嗽焯枴睂嶒炛械目煽?zé)岷朔磻?yīng)的方程是，海水中富含反應(yīng)原料氘（），氚核（）可以用中子轟擊鋰核（）得到。下列說法正確的是（）A．上述核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量B．中子轟擊鋰核（）反應(yīng)方程為C．中子轟擊鋰核（）發(fā)生了衰變D．氘核（）和氚核（）的比結(jié)合能均比氦核（）的比結(jié)合能大【答案】B【分析】A．上述核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，反應(yīng)過程釋放能量，有質(zhì)量虧損，所以生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量，故A錯誤；B．由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得中子轟擊鋰核（）反應(yīng)方程為故B正確；C．衰變是自然狀態(tài)下發(fā)生的，中子轟擊鋰核（）為原子核的人工轉(zhuǎn)變，故C錯誤；D．核反應(yīng)方程式中生成物氦核（）的比結(jié)合能比反應(yīng)物氘核（）和氚核（）的比結(jié)合能都大，故D錯誤。故選B。分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．關(guān)于近代物理學(xué)，下列說法正確的是（）A．用紫光照射某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，改用綠光照射該金屬一定會發(fā)生光電效應(yīng)B．重核裂變后生成中等質(zhì)量的核，反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，質(zhì)量守恒C．將放射性物質(zhì)放在密閉的鉛盒內(nèi)，可以延長它的半衰期D．原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定【答案】D【分析】A．紫光比綠光頻率高，只有達(dá)到金屬的極限頻率才可能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；B．反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，核電荷數(shù)守恒，質(zhì)量虧損，故B錯誤；C．放射性物質(zhì)半衰期跟所處環(huán)境無關(guān)，故C錯誤；D．原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D正確。故選D。2．下列核反應(yīng)中是α衰變的方程是（）A． B．C． D．【答案】C【分析】A．是β衰變，故A錯誤；B．是聚變反應(yīng)，故B錯誤；C．是α衰變，故C正確；D．是人工轉(zhuǎn)變，故D錯誤。故選C。3．下列核反應(yīng)方程中，屬于輕核聚變的是（）A． B．C． D．【答案】A【分析】A．為輕核聚變，A正確；B．鈾核需要俘獲一個慢中子才能發(fā)生裂變，其中的一種核反應(yīng)方程為，B錯誤；C．是人工轉(zhuǎn)變，C錯誤；D．是人工轉(zhuǎn)變，D錯誤。故選A。4．2020年12月4日在成都，我國核聚變反應(yīng)“人造太陽”已獲得重大突破新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”（）正式建成并首次放電，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，核聚變反應(yīng)方程中，X表示（）A．質(zhì)子 B．正電子 C．負(fù)電子 D．中子【答案】D【分析】根據(jù)核反應(yīng)過程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得出該核聚變的反應(yīng)方程為所以，X表示的是中子。故選D。5．中國的“人造太陽”，又稱東方超環(huán)，全稱是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置，是中國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實驗研究裝置。2021年5月28日，中國的“人造太陽”實現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億度101秒等離子體運(yùn)行，刷新了世界紀(jì)錄。所謂“人造太陽”，就是在地球上模擬太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變反應(yīng)，為人類提供源源不斷的清潔能源。其內(nèi)部發(fā)生的一種核聚變反應(yīng)方程為，下列說法正確的是（）A．反應(yīng)產(chǎn)物X為B．核聚變后的產(chǎn)物X比結(jié)合能小于的比結(jié)合能C．可控的人工輕核聚變與核裂變相比更為安全、清潔D．要實現(xiàn)核聚變，需要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動能克服核力作用而碰撞結(jié)合在一起【答案】C【分析】A．根據(jù)核聚變反應(yīng)方程滿足質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知反應(yīng)物X為，選項A錯誤；B．比結(jié)合能越大，物質(zhì)越穩(wěn)定，所以核聚變后的產(chǎn)物X比結(jié)合能應(yīng)大于的比結(jié)合能，選項B錯誤；C．可控的人工輕核聚變產(chǎn)物為氦核，沒有輻射和污染，所以與核裂變相比更為安全、清潔，選項C正確；D．核聚變反應(yīng)，又稱熱核反應(yīng)，需要超高溫度，選項D錯誤。故選C。6．2021年1月30日，華龍一號全球首堆——中核集團(tuán)福建福清核電5號機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。這標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列。其核反應(yīng)方程為，下列說法正確的是（）A．此核反應(yīng)屬于原子核的聚變 B．此核反應(yīng)屬于原子核的裂變C．裂變后粒子的總質(zhì)量數(shù)減少 D．X原子的質(zhì)量數(shù)為140【答案】B【分析】核電站核反應(yīng)過程屬于原子核裂變反應(yīng)，核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，X原子的質(zhì)量數(shù)為，故選B。7．2020年12月4日14時02分，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）在成都建成并實現(xiàn)首次放電，標(biāo)志著中國自主掌握了大型先進(jìn)托卡馬克裝置的設(shè)計、建造和運(yùn)行技術(shù)，其發(fā)生的可控核聚變方程為：+→+X（X表示某種粒子），則下列說法正確的是（）A．X為質(zhì)子B．核能不屬于清潔能源C．該核反應(yīng)是我國秦山核電站利用核能的方式D．原子核比原子核穩(wěn)定【答案】D【分析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，所以為中子，A錯誤B．清潔能源是指在使用過程中不會對大氣和環(huán)境造成污染，核能在使用過程中不產(chǎn)生氣體，雖然有輻射對人體有害，但不等于不清潔，核廢料一般用鉛封或沉入大海，核能屬于清潔能源，B錯誤C．該核反應(yīng)不是目前利用核能的主要方式，因為該核聚變不可控，目前利用核能發(fā)電的是重核裂變，C錯誤D．反應(yīng)過程放出能量，說明生成物比反應(yīng)物更穩(wěn)定，而比結(jié)合能越大，所以的原子核比的原子核更穩(wěn)定，D正確故選D。8．下列關(guān)于近代物理內(nèi)容的敘述中正確的是（）A．質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時沒有質(zhì)量虧損，但一定釋放能量B．衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和電子C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，可能是因為這束光的照射時間短D．鈾核裂變的一種核反應(yīng)方程為【答案】B【分析】A．質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時有質(zhì)量虧損，會釋放能量，故A錯誤；B．衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和電子，故B正確；C．產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是，與光照時間無關(guān)，故C錯誤；D．鈾核裂變的核反應(yīng)方程為中子是產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，不能同時約去，故D錯誤。故選B。9．太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的（）A．化學(xué)反應(yīng) B．放射性衰變 C．裂變反應(yīng) D．熱核反應(yīng)【答案】D【分析】太陽的能量來自于內(nèi)部的核聚變，產(chǎn)生很高的能量，又稱為熱核反應(yīng)。故D正確；ABC錯誤；故選D。10．2019年8月我國已經(jīng)建成了新托卡馬克(EAST)裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL-2M)，為“人造太陽”創(chuàng)造了條件，其等離子溫度有望超過2億攝氏度，將中國的聚變堆技術(shù)提升到了新的高度。設(shè)該熱核實驗反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4。關(guān)于聚變的說法正確的是（）A．核裂變比核聚變更為安全、清潔B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，比結(jié)合能較聚變前減小D．HL-2M中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n【答案】D【分析】A．核裂變原料、產(chǎn)物對環(huán)境污染較核聚變嚴(yán)重，A錯誤。B．氘核和氚核的核聚變過程中要釋放出核能，存在著質(zhì)量虧損，即m1＋m2>m3＋m4,B錯誤。C．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，比結(jié)合能較聚變前增大，C錯誤。D．核聚變方程為H＋H→He＋n，D正確。故選D。題組B能力提升練1．下列說法正確的是（）A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng)B．放射性元素的半衰期與外界壓強(qiáng)、原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)C．依據(jù)玻爾理論氫原子從高能級狀態(tài)向低能級狀態(tài)躍遷時會吸收光子D．紫光照射金屬板發(fā)生光電效應(yīng)時，增大入射光強(qiáng)度，則光電子的最大初動能增大【答案】B【解析】A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)，故A錯誤；B．放射性元素的半衰期與外界壓強(qiáng)、原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故B正確；C．依據(jù)玻爾理論氫原子從高能級狀態(tài)向低能級狀態(tài)躍遷時會釋放光子，故C錯誤；D．根據(jù)愛因斯坦光電方程知紫光照射金屬板發(fā)生光電效應(yīng)時，增大入射光強(qiáng)度，則光電子的最大初動能不變，故D錯誤。故選B。2．近日日本政府計劃將福島核污染水排放入海的做法引起國際社會廣泛關(guān)注。核泄漏事故污染物能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為，則（）A．核反應(yīng)方程中的是質(zhì)子 B．核反應(yīng)方程中的是中子C．核反應(yīng)類型為核裂變 D．核反應(yīng)類型為衰變【答案】D【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，衰變后的產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為－1，是電子，所以衰變方程為，為衰變，故D正確。故選D。3．下列說法正確的是（）A．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核裂變B．將放射性元素?fù)诫s到其它穩(wěn)定元素中，并降低其溫度，該元素的半衰期將增大C．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動D．電子等實物粒子不具有波動性【答案】A【解析】A．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核裂變，A正確；B．半衰期由原子核本身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，B錯誤；C．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，C錯誤；D．電子等實物粒子具有波動性，只是不明顯，D錯誤。故選A。4．中國“嫦娥五號”在月球采集的約2公斤月壤中含有地球上鮮有的，是地球上很難得到的清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電燃料，被科學(xué)家們稱為“完美能源”。有關(guān)聚變的核反應(yīng)方程如下：①，②；下列說法正確的是（）A．X為質(zhì)子，Y為中子B．的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大C．方程①中：質(zhì)量虧損約為5.9×10-31kg【答案】D【解析】A．由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒守恒可知，X為中子，Y為中子，A錯誤；B．聚變的核反應(yīng)過程放出熱量，則比更穩(wěn)定，所以的比結(jié)合能比的比結(jié)合能小，B錯誤；C．由愛因斯坦質(zhì)能方程方程可得則解得質(zhì)量虧損為代入數(shù)據(jù)，解得C錯誤；D．核子平均釋放的能量約為D正確。故選D。5．2020年12月4日14時02分，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）在成都建成并實現(xiàn)首次放電，一個D（氘）核和T（氚）核發(fā)生聚變反應(yīng)會產(chǎn)生一個中子，下列說法正確的是（）A．該核反應(yīng)方程式為B．該核反應(yīng)能夠吸收大量能量C．該反應(yīng)能夠在常溫下進(jìn)行D．反應(yīng)前平均核子質(zhì)量比反應(yīng)后大【答案】D【解析】A．根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知，新核的電荷數(shù)為：1+1-0=2，質(zhì)量數(shù)為：2+3-1=4，新核為，此反應(yīng)屬于輕核的聚變，故A錯誤；B．此反應(yīng)屬于輕核的聚變，該核反應(yīng)能夠放出大量能量，故B錯誤；C．此核聚變發(fā)生反應(yīng)時，壓力需要非常大，溫度需要高達(dá)5000萬度以上，因此該反應(yīng)不能在常溫下進(jìn)行，故C錯誤；D．因反應(yīng)放出核能，反應(yīng)后核子的平均質(zhì)量減小，故D正確。故選D。6．下列關(guān)于原子核的敘述正確的是（）A．陰極射線表明原子核內(nèi)部有電子B．輕核聚變反應(yīng)方程：，其中x表示電子C．輕核聚變和重核裂變過程中都有質(zhì)量虧損，都向外界放出能量D．方程式是重核裂變反應(yīng)方程【答案】C【解析】A．天然放射現(xiàn)象放射出的射線是高速運(yùn)動的電子流，是由原子核中的中子變成質(zhì)子后產(chǎn)生的，故A錯誤；B．輕核聚變反應(yīng)方程根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，x的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，所以是中子，故B錯誤；C．根據(jù)核反應(yīng)的特點可知：輕核聚變和重核裂變過程中都有質(zhì)量虧損，都向外界放出能量，故C正確；D．核反應(yīng)方程放出一個氦核，所以是衰變，不是裂變，故D錯誤。故選C。7．下列說法正確的是（）A．質(zhì)能方程表明所有有質(zhì)量的物體，都能轉(zhuǎn)化為能量B．放射性元素釙的半衰期為138天，27個釙原子核經(jīng)276天，還剩3個釙原子核未衰變C．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道，電子的動能增大，原子總能量增大D．設(shè)質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一α粒子，釋放的能量為（2m1+2m2-m3）c2【答案】D【解析】A．質(zhì)能方程只表明質(zhì)量和能量之間存在一種正比關(guān)系，并不表示所有有質(zhì)量的物體，都能轉(zhuǎn)化為能量，A錯誤；B．半衰期是對大量原子核通過統(tǒng)計規(guī)律得出的，對少數(shù)原子核不滿足半衰期統(tǒng)計規(guī)律，B錯誤；C．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道，放出光子，電子的動能增大，原子總能量減小，C錯誤；D．設(shè)質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一α粒子，根據(jù)質(zhì)能方程可知釋放的能量為E=(2m1+2m2-m3)c2D正確。故選D。8．釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）是第四代核能系統(tǒng)之一、其中釷基核燃料鈾由較難裂變的釷吸收一個中子后經(jīng)過若干次β衰變而來；鈾的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪。以下說法正確的是（）A．釷核經(jīng)過2次β衰變可變成鏷B．釷核衰變的快慢由原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件決定C．題中鈾核裂變的核反應(yīng)方程為D．在鈾核裂變成鋇和氪的核反應(yīng)中，核子的比結(jié)合能減小【答案】C【解析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知釷核經(jīng)過1次β衰變可變成鏷，A錯誤；B．釷核衰變的快慢由原子本身的性質(zhì)決定的，與所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，B錯誤；C．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知題中鈾核裂變的核反應(yīng)方程為C正確；D．在鈾核裂變成鋇和氪的核反應(yīng)中，放出能量，因此比結(jié)合能增大，D錯誤。故選C。9．關(guān)于下列核反應(yīng)說法正確的是（）A．，此反應(yīng)放出能量，所以結(jié)合能降低B．，此反應(yīng)是核聚變，X是質(zhì)子C．，此反應(yīng)是核裂變，質(zhì)量虧損，放出能量D．，此反應(yīng)是α衰變，4個原子核經(jīng)過兩個半衰期后還剩一個原子核【答案】C【解析】A．是核聚變，此反應(yīng)放出能量，所以結(jié)合能變大，故A錯誤；B．此反應(yīng)是原子核的人工轉(zhuǎn)化，X是質(zhì)子，故B錯誤；C．此反應(yīng)是核裂變，質(zhì)量虧損，放出能量，故C正確；D．此反應(yīng)是α衰變，半衰期是大量放射性原子衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對個別的放射性原子沒有意義，故D錯誤。故選C。10．關(guān)于原子和原子核，下列說法正確的是（）A．結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B．在核反應(yīng)中，X為中子C．核爆炸的能量來自于原子核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，遵循規(guī)律【答案】B【解析】A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；B．在核反應(yīng)中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與核電荷數(shù)守恒，X質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，是中子，故B正確；C．核爆炸的能量來自于原子核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，遵循規(guī)律故C錯誤；故D錯誤。故選B。題組C培優(yōu)拔尖練1．下列說法中正確的是（）A．鈾核裂變的核反應(yīng)是U→Ba＋Kr＋2nB．已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是（2m1＋2m2－m3）c2C．鈾（U）經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛（Pb）的過程中，有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D．一個處于n=5能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射10種不同頻率的電磁波【答案】BC【解析】A．鈾核裂變時要用中子轟擊鈾核才能產(chǎn)生核反應(yīng)，不能直接反應(yīng)，故A錯誤；B．已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，因兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子，那么質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，質(zhì)量虧損為2m1＋2m2－m3，釋放的能量是E=（2m1＋2m2－m3）c2故B正確；C．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知238-206=4×8發(fā)生8次α衰變；92=82＋2×8-6發(fā)生6次β衰變，β衰變的實質(zhì)即為中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時釋放電子，所以有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，故C正確；D．一個處于n=5能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中最多能夠輻射4種不同頻率的電磁波，故D錯誤；故選BC。2．如圖是核電站工作流程圖，關(guān)于核能，下列說法正確的是（）A．核反應(yīng)堆可以把核能直接轉(zhuǎn)化為電能B．核反應(yīng)堆利用的是原子核衰變過程產(chǎn)生的能量C．核反應(yīng)生成物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能D．水泥防護(hù)層的作用是屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線【答案】CD【解析】A．核反應(yīng)堆把核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；B．核反應(yīng)堆利用的是核裂變過程產(chǎn)生的能量，故B錯誤；C．核反應(yīng)堆中發(fā)生核反應(yīng)要放出熱量，則核反應(yīng)生成物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能，故C正確；D．水泥防護(hù)層的作用是屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，故D正確。故選CD。3．下列說法正確的是（）A．鈾核裂變的核反應(yīng)方程是U→Ba+Kr+2nB．根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知，光的波長越短能量越大C．玻爾根據(jù)光的波粒二象性，大膽提出假設(shè)，認(rèn)為實物粒子也具有波動性D．一個基態(tài)的氫原子吸收光子躍遷到n=3激發(fā)態(tài)后，最多發(fā)射出二種頻率的光子【答案】BD【解析】A．U在吸收一個慢中子后才能發(fā)生裂變，裂變后又產(chǎn)生新的中子，但在核反應(yīng)方程中，等號兩側(cè)的中子不能約掉，故A錯誤；B．根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知，光的波長越短能量越大，故B正確；C．1924年，德布羅意大膽的把光的波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質(zhì)子等，他提出實物粒子也具有波動性，故C錯誤；D．一群基態(tài)的氫原子吸收光子躍遷到n=3激發(fā)態(tài)后，最多發(fā)射出三種頻率的光子，而一個基態(tài)的氫原子吸收光子躍遷到n=3激發(fā)態(tài)后，最多輻射出兩種頻率的光子，故D正確。故選BD。4．科幻大片《流浪地球》中描述的行星發(fā)動機(jī)為“重元素核聚變發(fā)動機(jī)”，通過燃燒石頭獲得能量，所謂“重元素核聚變”指的是兩個比較重（相對氘，氚）的核，產(chǎn)生聚變形成一個更重的核并放出能量的過程。影片中發(fā)動機(jī)燃燒石頭指的是石頭里的硅（）聚變生成鐵（），結(jié)合下比結(jié)合能圖，下列說法正確的是（）A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B．的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大C．比結(jié)合能越大，原子核總的結(jié)合能也越大D．從圖中可以看出，輕核聚變會釋放能量，重核裂變不會釋放能量【答案】AB【解析】A．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合的越牢固，原子核越穩(wěn)定，A正確；B．比穩(wěn)定，的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大，B正確；C．比結(jié)合能是原子核的總結(jié)合能與核子數(shù)的比值，所以比結(jié)合能越大，原子核總的結(jié)合能不一定越大，C錯誤；D．輕核聚變會釋放能量，重核裂變也會釋放能量，核電站就是重核裂變釋放的能量產(chǎn)生的電，D錯誤。故選AB。5．下列說法正確的（）A．是衰變方程B．是核聚變反應(yīng)方程C．是衰變反應(yīng)方程D．是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程【答案】BCD【解析】A．是人工轉(zhuǎn)變方程，A錯誤；B．是核聚變反應(yīng)方程，B正確；C．是衰變反應(yīng)方程，C正確；D．是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，D正確。故選BCD。6．下列四幅圖涉及到不同的物理知識，其中說法正確的是（）A．圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子B．圖乙：用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能C．圖丙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的D．圖?。簻穼O通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)【答案】BC【解析】A．盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，A錯誤；B．用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，裂變反應(yīng)會釋放出巨大的核能，B正確；C．玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，C正確；D．湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子有一定結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，D錯誤。故選BC。7．太陽內(nèi)部有多種熱核反應(yīng)，其中“質(zhì)子—質(zhì)子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”（或稱為“PP反應(yīng)”）是主要反應(yīng)類型，而“PP反應(yīng)”有多個分支，其主要分支的各步核反應(yīng)方程分別為：＋0.42MeV、＋5.49MeV、＋12.86MeV，下列說法中正確的是（）A．X是正電子B．“PP反應(yīng)”為核裂變反應(yīng)C．“PP反應(yīng)”可在常溫下發(fā)生D．原子核的結(jié)合能大于原子核的結(jié)合能【答案】AD【解析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X是正電子，A正確；B．“PP反應(yīng)”為輕核聚變反應(yīng)，B錯誤；C．“PP反應(yīng)”屬于熱核反應(yīng)，必須再高溫下才能發(fā)生，C錯誤；D．由于核反應(yīng)放出能量，因此原子核的結(jié)合能大于原子核的結(jié)合能，D正確。故選AD。8．下列說法正確的是（）A．圖甲中電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性B．圖乙中原子核衰變放出粒子，說明粒子是組成原子核的一種粒子C．圖丙中只能用射線測鋼板厚度而不能用射線D．圖丁中鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，可通過調(diào)節(jié)鎘棒的插入深度來控制反應(yīng)速度【答案】AD【解析】A．圖甲中是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，該實驗現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性，故A正確；B．圖乙原子核衰變放出粒子，是由于發(fā)生衰變產(chǎn)生的，衰變中生成的電子是一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子同時生成一個電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是粒子，但粒子不是組成原子核的一種粒子，故B錯誤；C．射線具有較強(qiáng)的穿過本領(lǐng)，圖丙中只能用射線測鋼板厚度而不能用射線，故C錯誤；D．核反應(yīng)堆中，鎘棒可以吸收中子，通過鎘棒插入的深淺調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，故D正確。故選AD。9．2020年12月17日，攜帶“月壤”的“嫦娥五號”返回器成功著陸?！霸氯馈敝械暮?3是目前為止最理想的核聚變能源，它是一種高效、清潔、安全的核燃料，其參與的一種核反應(yīng)為，其中輻射出一個光子。已知質(zhì)子、氦-3、氦-4的質(zhì)量分別為、、，普朗克常量為，真空中的光速為，則下列說法正確的是（）A．的比結(jié)合能比的小B．目前核電站使用的核燃料是C．輻射出的光子的能量D．輻射出的光子的波長【答案】AD【解析】A．核反應(yīng)生成，同時釋放巨大能量，則的比結(jié)合能比的小，故A正確；B．目前核電站使用的核燃料是和，故B錯誤；C．由質(zhì)能方程可知輻射出的光子的能量為故C錯誤；D．由及得，光子的波長故D正確。故選AD。10．2020年11月27日，我國