高中物理選修三5.4核裂變和聚變練習(xí)5（含答案）

魯科版（2019）高中物理（選擇）必修第三冊5.4核裂變和聚變同步練習(xí)一、單選題1．由原子核的衰變規(guī)律可知()A．放射性元素一次衰變可同時(shí)產(chǎn)生α射線和β射線B．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí),新核的化學(xué)性質(zhì)不變C．放射性元素發(fā)生衰變的快慢不可人為控制D．放射性元素發(fā)生正電子衰變時(shí),新核質(zhì)量數(shù)不變,核電荷數(shù)增加1二、解答題2．兩個(gè)氘核聚變產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量mD＝2.0136u，氦核質(zhì)量mHe＝3.0150u，中子質(zhì)量mn＝1.0087u。(1)計(jì)算釋放出的結(jié)合能；(2)若反應(yīng)前兩氘核的動能均為Ek0＝0.35MeV，它們正撞發(fā)生聚變，且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽瑒t反應(yīng)產(chǎn)生的氦核和中子的動能各為多大？3．一靜止的氡核Rn發(fā)生α衰變轉(zhuǎn)變成釙核Po，已知放出的α粒子的質(zhì)量為m，速度為v0．假設(shè)氡核發(fā)生衰變時(shí)，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能．（1）試寫出氡核衰變的核反應(yīng)方程．（2）求出氡核發(fā)生衰變時(shí)的質(zhì)量虧損．（已知光在真空中的速度為c）4．用一個(gè)中子轟擊U，可發(fā)生裂變反應(yīng)生成Ba和Kr，已知U的質(zhì)量為235.0439u，Ba的質(zhì)量為140.9139u，Kr的質(zhì)量為91.8973u，中子質(zhì)量為1.0087u，1u相當(dāng)于931Mev,阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol1,（1）請寫出裂變中的核反應(yīng)方程，（2）求一個(gè)U在裂變反應(yīng)中釋放的核能（3）1克U全部反應(yīng)釋放的能量為多少？5．靜止的鋰核（）俘獲一個(gè)速度為7.7×106m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個(gè)新粒子，其中一個(gè)粒子為氦核（），它的速度大小是8.0×106m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同。①寫出此核反應(yīng)的方程式；②求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個(gè)粒子的速度大小及方向；③此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，說明依據(jù)。6．科學(xué)家們研究出了一種能使鈾238變成高效燃料，從而使核燃料越燒越多的“魔爐”——快中子增殖反應(yīng)堆、該型反應(yīng)堆中使用的核燃料是钚239，它裂變并釋放出快中子，被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾238吸收后變成鈾239，鈾239極不穩(wěn)定，經(jīng)過兩次β衰變后變成钚239。請據(jù)此回答下列問題。（1）請解釋快中子增殖反應(yīng)堆燃料增殖的秘密。（2）根據(jù)材料中提供的信息，寫出相關(guān)的核反應(yīng)方程，并指明核反應(yīng)類型。7．一個(gè)鐳核發(fā)生衰變放出一個(gè)粒子變?yōu)殡焙?，已知鐳核226質(zhì)量為226.0254u，氡核222質(zhì)量為222.0163u，放出粒子的質(zhì)量為4.0026u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求鐳核衰變放出的能量。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）8．海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來的主要能．兩個(gè)氘核的核反應(yīng)為，其中氘核的質(zhì)量為2.0136u，氦核的質(zhì)量為3.0150u，中子的質(zhì)量為1.0087u．1u相當(dāng)于931.5MeV的能量．求：(1)核反應(yīng)中釋放的核能；（結(jié)果保留兩位小數(shù)）(2)在兩個(gè)氘核以相等的動能0.35MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能．（結(jié)果保留兩位小數(shù)）參考答案試題解析1．C【解析】一次衰變不可能同時(shí)產(chǎn)生α射線和β射線,只可能同時(shí)產(chǎn)生α射線和γ射線或β射線和γ射線;原子核發(fā)生衰變后,新核的核電荷數(shù)發(fā)生了變化,故新核(新的物質(zhì))的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)發(fā)生改變;發(fā)生正電子衰變,新核質(zhì)量數(shù)不變,核電荷數(shù)減少1．故選C.2．(1)3.26MeV；(2)EkHe＝0.99MeV，Ekn＝2.97MeV【解析】(1)核反應(yīng)方程為12H＋12H→01n＋13He設(shè)反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝2mD－mHe－mn＝0.0035u由質(zhì)能方程得釋放核能ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(2)將兩氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，由動量守恒有0＝mHevHe＋mnvn由能量守恒有mHevHe2＋mnvn2＝ΔE＋2Ek0代入數(shù)據(jù)可得EkHe＝0.99MeVEkn＝2.97MeV3．（1）Rn→Po+He.；（2）【解析】（1）衰變的核反應(yīng)方程：Rn→Po+He.（2）由動量守恒定律：0=mv0－Mv其中由.得4．（1）；（2）△E=2×102MeV；（3）1Kg鈾235完全裂變時(shí)釋放的能量E=5.18×1023MeV【解析】（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得該核反應(yīng)方程為：；（2）反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為：△m=0.2153u根據(jù)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程△E=△mc2可以求出釋放能量為：△E=△mc2=0.2153×931MeV=2×102MeV（3）1g鈾235的摩爾數(shù)為n=≈4.3×10﹣3；1g鈾235個(gè)數(shù)為N=4.3×10﹣3×6.02×1023=2.59×1021個(gè)；因此1g鈾235完全裂變時(shí)釋放的能量E=2.59×1021×2×102MeV=5.18×1023MeV5．①；②，方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反；③見解析?！窘馕觥竣俑鶕?jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知②設(shè)中子（）、氦核（）和氚核（）的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，速度分別為v1、v2、v3，由動量守恒定律得解得即方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反。③反應(yīng)前的總動能反應(yīng)后的總動能代入數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損。6．(1)見解析；(2)見解析?！窘馕觥?1)钚239裂變并釋放出快中子，被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾238吸收后變成鈾239，鈾239極不穩(wěn)定，經(jīng)過兩次β衰變后變成钚239。這樣的過程周而復(fù)始，從而使核燃料越燒越多。(2)钚239裂變的核反應(yīng)方程鈾238吸收中子的核反應(yīng)方程(原子核的人工轉(zhuǎn)變)鈾239經(jīng)過兩次β衰變后變成钚2397．(1)；(2)6.05MeV【解析】(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應(yīng)方程為：(2)該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損為根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得8．（1）3.26MeV（2）2.97MeV

0.99MeV【解析】（1）先求出核反應(yīng)中質(zhì)量虧損，再由愛因斯坦質(zhì)能方程，求出核反應(yīng)中釋放的核能；（2）兩氘核對心碰撞過程，遵守動量守恒和能量守恒根據(jù)動量守恒和能量守恒列方程求解；【詳解】（1）質(zhì)量虧