人教版(新教材)高中物理選擇性必修3課時作業(yè)5：5 4 核裂變和核聚變練習(xí)

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE14核裂變與核聚變考點一重核的裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1．(多選)當(dāng)一個鈾核裂變時，它所產(chǎn)生的兩個核()A．含有的總質(zhì)子數(shù)比裂變前鈾核的質(zhì)子數(shù)少B．含有的總中子數(shù)比裂變前鈾核的中子數(shù)少C．比結(jié)合能比裂變前鈾核的比結(jié)合能小D．可能是多種形式的兩個核的組合〖答案〗BD〖解析〗鈾核裂變反應(yīng)中，鈾核吸收一個中子而釋放出幾個中子，與鈾核相比，兩個新核的總質(zhì)子數(shù)沒有發(fā)生變化，而總中子數(shù)減少，A錯誤，B正確；裂變發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放能量，產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，在鈾核裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，故C錯誤，D正確．2．目前核電站獲取核能的基本核反應(yīng)方程可能是()A.eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,

54)Xe＋10eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H〖答案〗B〖解析〗現(xiàn)在的核電站用的是裂變反應(yīng)獲取能量，A是α衰變，故A錯誤；B是裂變反應(yīng)，故B正確；C是β衰變，故C錯誤；D是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的反應(yīng)，故D錯誤．3．2020年1月10日，中國核潛艇之父黃旭華獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎，他為核潛艇研制和跨越式發(fā)展作出巨大貢獻．下列有關(guān)核反應(yīng)的說法錯誤的是()A．目前核潛艇是利用重核裂變提供動力B．重核裂變反應(yīng)前后一定有質(zhì)量虧損C.eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝2D．鈾核裂變后的新核比鈾核的比結(jié)合能小〖答案〗D〖解析〗目前核潛艇是利用重核裂變釋放的核能提供動力，故A正確．根據(jù)質(zhì)能方程可知，重核裂變反應(yīng)前后一定有質(zhì)量虧損，故B正確．根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝2，故C正確；鈾核裂變后生成的新核穩(wěn)定，可知鈾核的比結(jié)合能比裂變后生成的新核的比結(jié)合能小，故D錯誤．4.(2020·銀川唐徠回民中學(xué)高三一模)作為我國核電走向世界的“國家名片”，華龍一號(如圖1)是當(dāng)前核電市場上接受度最高的三代核電機型之一，是我國核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標(biāo)志性成果，其國內(nèi)外示范工程按期成功的建設(shè)，對我國實現(xiàn)由核電大國向核電強國的跨越具有重要意義．已知發(fā)電站的核能來源于eq\o\al(235,

92)U的裂變，現(xiàn)有四種說法：圖1①eq\o\al(235,

92)U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子；②eq\o\al(235,

92)U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為：eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(139,

54)Xe＋2eq\o\al(1,0)n；③eq\o\al(235,

92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短；④一個eq\o\al(235,

92)U裂變能放出200MeV的能量，相當(dāng)于3.2×10－11J.以上說法中完全正確的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④〖答案〗D〖解析〗由eq\o\al(235,

92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系可知，eq\o\al(235,

92)U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子，①正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知，②正確；半衰期不受外界因素影響，③錯誤；通過計算知：200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，④正確．故選D.考點二核電站5．核反應(yīng)堆是實現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它的主要組成部分是()A．燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B．燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C．燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng)D．燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統(tǒng)〖答案〗A〖解析〗核反應(yīng)堆的主要部分包括①燃料，即濃縮鈾235；②減速劑，采用石墨、重水或普通水；③控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用控制棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；④冷卻系統(tǒng)，水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，故A正確，B、C、D錯誤．6．在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是()A．使用濃縮鈾B．改變鈾塊的臨界體積C．通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以控制中子數(shù)D．利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度〖答案〗C〖解析〗控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是控制中子的數(shù)量，其有效方法是用吸收中子能力很強的鎘棒插入鈾燃料周圍，鎘棒插入的深度不同，可控制中子的數(shù)目，以達(dá)到控制核反應(yīng)速度的目的，C正確．考點三核聚變7．(2020·廣東高二期末)月球土壤里大量存在著一種叫作“氦3(eq\o\al(3,2)He)”的化學(xué)元素，可作為發(fā)電燃料．即利用氘和氦3發(fā)生的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生一個質(zhì)子和一個新核，釋放能量，進行發(fā)電．關(guān)于“氦3”與氘核聚變反應(yīng)，下列說法中正確的是()A．釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少B．目前核電站普遍利用的就是這種核聚變反應(yīng)C．生成的新核是eq\o\al(4,2)HeD．核聚變反應(yīng)需要的條件是氦3的體積足夠大〖答案〗C〖解析〗釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但是質(zhì)量數(shù)仍然守恒，A錯誤；目前核聚變反應(yīng)無法有效的控制，核電站利用的是重核裂變，B錯誤；核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，生成的新核是eq\o\al(4,2)He，C正確；輕核聚變在高溫、高壓下才可以發(fā)生，重核裂變才要求裂變物質(zhì)體積達(dá)到臨界體積，D錯誤．8．(多選)(2021·江西高二期中)核聚變能釋放大量的核能，一種核聚變的反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n＋E，關(guān)于該方程，下列說法正確的是()A．X射線的電離本領(lǐng)比γ射線強B．X核的比結(jié)合能小于氘核的比結(jié)合能C．X核子與中子的質(zhì)量之和大于氘、氚兩核子的質(zhì)量之和D．該核反應(yīng)需要巨大的能量克服氘、氚核子間的庫侖斥力〖答案〗AD〖解析〗由核反應(yīng)方程，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知X是α粒子，其射線是α射線，電離本領(lǐng)比γ射線強，選項A正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，X的比結(jié)合能大于氘核的比結(jié)合能，選項B錯誤；由于核聚變時釋放能量，質(zhì)量虧損，所以X核子與中子的質(zhì)量之和小于氘、氚兩核子的質(zhì)量之和，選項C錯誤；要使該核反應(yīng)發(fā)生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之間的庫侖斥力，通常需要把它們加熱到很高的溫度，選項D正確．9．(2020·南寧三中高二期中)一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應(yīng)后生成一個氦核和一個中子，同時放出一個γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法中正確的是()A．這個反應(yīng)的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γB．這個核反應(yīng)既不是聚變反應(yīng)也不是裂變反應(yīng)C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．輻射出的γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c2)〖答案〗A〖解析〗核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，故A正確；該反應(yīng)為聚變反應(yīng)，故B錯誤；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－m4)c2，故C錯誤；根據(jù)E＝eq\f(hc,λ)得光子的波長為λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c)，故D錯誤．10．太陽的能量來自于熱核反應(yīng)，其中一種核反應(yīng)是四個質(zhì)子聚變成一個α粒子，同時放出兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子．已知α粒子的質(zhì)量為mα，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，c為光在真空中的傳播速度，N為阿伏加德羅常數(shù)．在這種核反應(yīng)中1000g的氫核聚變所放出的能量為()A．1000(4mp＋mα＋2me)Nc2B．1000(mα＋2me－4mp)Nc2C．250(mα＋2me－4mp)Nc2D．250(4mp－mα－2me)Nc2〖答案〗D〖解析〗4個氫核聚變的質(zhì)量虧損Δm＝(4mp－mα－2me)根據(jù)質(zhì)能方程，核聚變釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c21000g氫核的個數(shù)為n＝eq\f(1000,1)N＝1000N1000g氫核聚變放出的能量E＝eq\f(n,4)ΔE＝250(4mp－mα－2me)Nc2，故選D.11．2020年12月，我國自主研制新一代“人造太陽”，“中國環(huán)流器二號M”裝置首次成功放電，標(biāo)志我國核物理發(fā)展取得重大突破．“人造太陽”中的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.下列說法正確的是()A．該核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，聚變反應(yīng)過程需要吸收能量才能進行B．該核反應(yīng)是核裂變反應(yīng)，核反應(yīng)方程式中的X是中子C．人造太陽釋放的能量大小的計算公式是ΔE＝Δmc2D．核反應(yīng)表明，原子核越重，比結(jié)合能越大〖答案〗C〖解析〗由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，即X為中子；該反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，聚變反應(yīng)過程需要吸收能量才能使輕核間的距離接近到發(fā)生聚變的距離，反應(yīng)過程中會釋放更大的能量，故A、B錯誤；核聚變釋放的能量可用質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2進行計算，故C正確；中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，故D錯誤．12．(2020·太和第一中學(xué)高二月考)用中子轟擊鈾核(eq\o\al(235,

92)U)，其中的一個可能反應(yīng)是分裂成鋇(eq\o\al(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)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)果保留兩位小數(shù))mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.(1)試寫出核反應(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(dá)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)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)3.22×10－11J(3)2.48×103kg〖解析〗(1)核反應(yīng)方程eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(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＝390.3139×10－27kg－234.0016×10－27kg－152.6047×10－27kg－2×1.6749×10－27kg＝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裂變原料m＝eq\f(650×107×365×24×3600,3.22×10－11)×390.3139×10－27kg≈2.48×103kg.13．(2021·北京高二期末改編)目前地球上消耗的能量絕大部分來自太陽內(nèi)部核聚變時釋放的核能．(1)如果將太陽聚變時的核反應(yīng)簡化為4個氫核(eq\o\al(1,1)H)聚變生成1個氦核(eq\o\al(4,2)He)和2個正電子．請你寫出此核反應(yīng)方程；(2)天文學(xué)家估測：太陽已有50億年的歷史了．有人認(rèn)為：50億年來，因釋放核能而帶來的太陽質(zhì)量變化幾乎可以忽略．請你通過計算說明這種觀點的合理性．可能用到的數(shù)據(jù)：光速為c＝3×108m/s，太陽的