浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第5章原子核4核裂變與核聚變訓(xùn)練提升新人教版選擇性必修第三冊

4核裂變與核聚變課后·訓(xùn)練提升基礎(chǔ)鞏固一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.目前核電站利用的核反應(yīng)是()A.裂變,核燃料為鈾B.聚變,核燃料為鈾C.裂變,核燃料為氘D.聚變,核燃料為氘答案:A解析:目前的核電站利用的核反應(yīng)為鈾235的核裂變反應(yīng),故選項A正確。2.核電站利用核反應(yīng)堆工作時釋放出的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。反應(yīng)堆中的核反應(yīng)方程為

92235U+Sr+54AXe+1001n,已知鈾核的質(zhì)量mU,中子的質(zhì)量mn,鍶(Sr)核的質(zhì)量mSr,氙(Xe)核的質(zhì)量mXeA.Z=38,A=136B.Z=48,A=146C.一個

92235U裂變時的質(zhì)量虧損Δm=mU-mSr-mXe-10D.一個

92235U裂變時釋放的能量為(mU-mSr-mXe-10mn)答案:A解析:由質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒得235+1=90+A+10,92=Z+54,解得Z=38,A=136,故選項A正確,B錯誤;一個

92235U裂變時的質(zhì)量虧損Δm=mU-mSr-mXe-9mn,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,一個

92235U裂變時釋放的能量為ΔE=(mU-mSr-mXe-9mn3.在某恒星內(nèi)發(fā)生著劇烈的核反應(yīng),其中一個核反應(yīng)是三個α粒子(24He)結(jié)合成一個碳核(6A.該反應(yīng)是原子彈爆炸的基本原理B.按照質(zhì)量守恒定律,三個氦核(24He)的質(zhì)量之和等于一個碳核C.三個氦核(24He)的結(jié)合能之和大于一個碳核D.碳核(612C)比氦核答案:D解析:原子彈爆炸是裂變反應(yīng),選項A錯誤;結(jié)合題圖可知氦核(24He)的比結(jié)合能比碳核(612C)的小,所以三個氦核(24He)的結(jié)合能之和小于一個碳核二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)4.“兩彈一星”精神彰顯了中華民族自強不息的偉大精神。下列核反應(yīng)方程中,屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是()A.

714N+2B.92238UTh+C.12H+1D.92235U+01n答案:CD解析:

714N+24HeO+11H是盧瑟福利用α粒子轟擊氦核打出了質(zhì)子實驗的核反應(yīng)方程,故選項A錯誤;Th+24He是α衰變,故選項B錯誤;12H+13H245.黃旭華,中國核潛艇之父,開拓了中國核潛艇的研制領(lǐng)域,為中國核潛艇事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻,2020年1月10日,獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎。核潛艇是利用重核裂變作為動力,關(guān)于核反應(yīng)方程

92235U+X56144Ba+3689Kr+A.

56B.92235U的比結(jié)合能比C.方程中X是α粒子,具有很強的電離本領(lǐng)D.假設(shè)

92235U質(zhì)量為m1,X質(zhì)量為m

56144Ba質(zhì)量為m3,3689Kr質(zhì)量為m4,光速為c,則核反應(yīng)中釋放的能量為(m1-2m2-m3-m答案:ABD解析:

56144Ba中有144-56=88個中子,選項A正確;由于反應(yīng)放出核能,生成更加穩(wěn)定的原子核,而比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定,可知

92235U的比結(jié)合能比

3689Kr小,選項B正確;方程中X是中子,選項C錯誤;假設(shè)

92235U質(zhì)量為m1,X質(zhì)量為m2,56144Ba質(zhì)量為m3,3689Kr質(zhì)量為m4,光速為c,則核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=(m1+m2)-(m3+m4+3m2)=m1-2m2-m3-m4,釋放的能量為ΔE=Δmc2=(m16.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。1947年中國科學(xué)家錢三強、何澤慧在實驗中觀察到鈾核也可能分裂為三部分或四部分,其概率大約是分裂為兩部分的概率的千分之三。關(guān)于鈾核的裂變,下列說法正確的是()A.裂變的產(chǎn)物不是唯一的B.裂變的同時能放出2~3個或更多個中子C.裂變能夠釋放巨大能量,每個核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大D.裂變物質(zhì)達到一定體積(即臨界體積)時,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去答案:ABD解析:因鈾核也可能分裂為三部分或四部分,則裂變的產(chǎn)物不是唯一的,選項A正確;因裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng),則裂變的同時能放出2~3個或更多個中子,再重新轟擊鈾核發(fā)生裂變,選項B正確;一次聚變反應(yīng)釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多,但平均每個核子在聚變中釋放的能量一定大,選項C錯誤;裂變物質(zhì)達到一定體積(即臨界體積)時,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去,選項D正確。三、非選擇題7.用中子轟擊鈾核(92235U),其中的一個可能反應(yīng)是分裂成鋇(56141Ba)和氪(3692Kr)兩部分,放出3個中子。各個核和中子的質(zhì)量如下(計算結(jié)果保留2位小數(shù)):mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kg,mBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.(1)寫出核反應(yīng)方程。(2)求出反應(yīng)中釋放的核能。(3)我國第一座核電站——秦山核電站總裝機容量達到650萬千瓦,求秦山核電站一年需要消耗多少千克的裂變原料。答案:(1)

92235U+01n(2)3.22×10-11J(3)2.48×103kg解析:(1)核反應(yīng)方程:92235U+01n(2)一個鈾核發(fā)生反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=mU-mBa-mKr-2mn=0.3578×10-27kg一個鈾核裂變釋放能量為ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×(3×108)2J=3.22×10-11J。(3)秦山核電站一年需要消耗的裂變原料的質(zhì)量m=650×107×365×24×36003.22×10-11×390.能力提升一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.下列關(guān)于核反應(yīng)的說法,正確的是()A.

90234ThPa+

92238U90234ThB.92235U+01nBaC.90234Th衰變?yōu)镈.鋁核

1327Al被α粒子擊中后產(chǎn)生的反應(yīng)生成物是磷答案:C解析:核反應(yīng)方程

90234ThPa+-10e放射出電子,是β衰變方程,92238UTh+24He是α衰變方程,故選項A錯誤。核反應(yīng)方程

92235U+01nBa+3689Kr+301n是核裂變方程,不是氫彈的核反應(yīng)方程,是原子彈的核反應(yīng)方程,故選項B錯誤。在α衰變的過程中,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4;在β衰變的過程中,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變。設(shè)經(jīng)過了m次α衰變,則有4m=234-222=2.太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆,氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進行著,不斷地放出能量。太陽的總輸出功率約為3.8×1026W,太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。已知光速為3×108m/s,估算太陽每秒失去質(zhì)量的數(shù)量級為()A.106kg B.109kgC.1012kg D.1015kg答案:B解析:由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2變形得Δm=ΔEc23.“人造太陽”實驗中的可控?zé)岷朔磻?yīng)的聚變方程是

12H+

13H24He+01n,反應(yīng)原料氘(12H)富存于海水中,氚(A.該核反應(yīng)方程為

36Li+01nB.核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強的電離本領(lǐng),但穿透能力較弱C.在中子轟擊鋰核(3D.核聚變的條件是要達到高溫高壓的熱核反應(yīng)狀態(tài),故核聚變過程不能釋放出核能答案:B解析:根據(jù)題意可知該反應(yīng)的核反應(yīng)方程為

36Li+He+13二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)4.原子核聚變有望給人類未來提供豐富的潔凈能源。當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時,氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生,放出能量。這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為612Hk24He+d11H+201n+E,已知

12H的質(zhì)量為2.0136u,1A.k=1,d=4 B.k=2,d=2C.E=40.4MeV D.E=404MeV答案:BC解析:核反應(yīng)的過程由質(zhì)量數(shù)守恒可得6×2=4k+d+2×1,由核電荷數(shù)守恒可得6×1=2k+d,聯(lián)立可得k=2,d=2,故選項A錯誤,B正確;質(zhì)量虧損Δm=(6×2.0136-2×4.0026-2×1.0078-2×1.0087)u=0.0434u,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2=0.0434×931MeV=40.4MeV,故選項C正確,D錯誤。5.已知“人造太陽”核聚變的反應(yīng)方程為

12H+13H

24A.要使輕核發(fā)生聚變,就要利用粒子加速器,使輕核擁有很大的動能B.Z=0,M=1C.1mol氘核和1mol氚核發(fā)生核聚變,可以放出17.6MeV的能量D.聚變比裂變更安全、清潔答案:BD解析:“人造太陽”是以超導(dǎo)磁場約束,通過波加熱,讓等離子氣體達到上億度的高溫而發(fā)生輕核聚變,故選項A錯誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒,可以求出

ZMX為中子

01n,即Z=0,6.一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核,同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是()A.核反應(yīng)方程是

11HB.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c2D.γ光子的波長λ=h答案:BD解析:該核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)不守恒,故選項A錯誤;聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=(m1+m2)-m3,故選項B正確;聚變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量以光子的形式放出,故光子能量為E=(m1+m2-m3)c2,故選項C錯誤;根據(jù)E=hcλ可得光子的波長為λ=三、非選擇題7.在用鈾235(92235U)做燃料的核反應(yīng)堆中,鈾235核吸收一個中子后,可發(fā)生裂變反應(yīng)生成鋇(56144Ba)、氪(36