高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变综合训练题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变综合训练题，共15页。试卷主要包含了单选题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．中国首台“华龙一号”核电机组于2020年11月份并网发电，有效缓解了新旧能源转换时期电力不足的问题，其核反应堆中的反应方程为，下列说法正确的是（ ）
A．反应是衰变反应B．反应过程中铀的半衰期减小
C．反应过程中放出能量D．的结合能比的结合能大
2．我国研制新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）在2020年12月4日在成都建成并实现首次放电。其所发生的可控核聚变方程是，已知、、和X的质量分别为和，真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）
A．X是电子
B．秦山核电站利用核聚变发电
C．该核反应所释放的核能为
D．和的比结合能之和大于的比结合能
3．目前核电站的核燃料主要为，其在反应堆中有很多种反应方式，其中一种为，生成物也会发生衰变，方程式为，已知的半衰期为30年，则下列说法正确的是（ ）
A．a为质子，b为电子
B．原子核的比结合能比的小
C．现有含12g的某化合物，90年后该化合物还含有1.5g
D．环境温度升高，的半衰期会变短
4．对核反应的类型及粒子的判断，下列说法正确的是（ ）
A．，式中X为电子，属于衰变
B．，式中Y为中子，属于核裂变
C．，式中K为质子，属于人工核转变
D．，式中Z为5个氦核，属于衰变
5．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）
A．是人工核反应
B．是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束
6．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．汤姆逊通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
B．乙图表明当一定频率的光照射到金属板，金属板会有光电子射出
C．丙图表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是β射线，②是γ射线
D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工无法控制的核反应
7．粒子在近代物理实验中扮演了十分重要的角色｡关于粒子，下列说法正确是（ ）
A．19世纪末，科学家们发现了粒子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的
B．1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型
C．1919年，查德威克用镭放射出的粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子——质子
D．1938年底，德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼在用粒子轰击铀核的实验中发现了核裂变
8．我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是已知、、和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．X是质子
B．大亚湾核电站利用核聚变发电
C．该核反应所释放的核能为
D．和的结合能之和大于的结合能
9．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（ ）
甲：卢瑟福粒子散射实验 乙：链式反应示意图
丙：氢原子能级示意图 丁：光电效应演示实验
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点
B．图乙中用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙中处于能级的大量氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种频率的光
D．丁图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来一定带负电
10．2021年1月21日中广核集团在深圳召开2021年度媒体通报会，会议指出，2020年度中广核24台核电机组保持安全稳定运行，世界核运营者协会WANO指标中，72.6%的指标达到世界先进水平，平均能力因子连续三年保持92%以上其中宁德核电2号机组全部WANO指标达到卓越值。以下关于核能的有关说法正确的是（ ）
A．宁德核电2号机组的核能是利用轻核聚变
B．原子核比结合能越大原子核越稳定
C．重核裂变是重核分裂成中等大小的核，核的比结合能减小
D．重核裂变反应中亏损的质量变成了能量
11．2020年12月4日，新一代“人造太阳”－中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘（），氟核（）可以用中子变击锂核（）得到。下列说法正确的是（ ）
A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量
B．中子轰击锂核（）反应方程为
C．中子击击锂核（）发生了α衰变
D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氨核（）的比结合能大
12．山东海阳核电站建成并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击原子核的核反应方程为其中、、的质量分别为，其中是不稳定的，其衰变的周期为T，真空中的光速为c，以下说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有的中子数为50
B．该反应属于人工转变核反应
C．该反应中释放的能量为
D．经过2T，一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的
二、填空题
13．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程__________，并计算1g氢核完成这个反应后释放出________能量（1 g氢核即1 ml所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个）。
14．如图所示，铀235的其中一种链式反应示意图。完成铀核裂变的核反应方程（未标出的新核元素符号用“Kr”表示）__，在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量_____（选填“增大”或“亏损”）。
15．.是若干核反应的一种，其中为中子，X为未知粒子，y为X的个数，则X是______(选填“质子”“中子”或“电子”)，y=______.
16．在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是_______，属于β衰变的是_______，属于裂变的是_______，属于聚变的是_______．（填正确答案标号）A． B．
C．
D．
E．
F．
三、解答题
17．设有钚的同位素离子静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素离子，同时放出一个能量为的光子（已知，光速，普朗克常量）。
（1）试写出这一过程的核衰变方程。
（2）光子的波长为多少？
（3）若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比为多少？
（4）若不计光子的动量，则粒子的动能为多少？（钚核质量，铀核质量，粒子的质量为， ）
18．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”俗称”“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆。该装置中发生的核聚变反应是和聚变生成，释放能量。可以自海水中提取，可由锂矿中制得。已知的质量为，的质量为，的质量为，的质量为，。
(1)写出该聚变的核反应方程；
(2)计算一次这样的热核反应过程释放出的能量；
(3)若将“人造太阳”产生的电能输送到城市，送电功率为，采用超高压输电，输电电压为，而这种人造太阳发电机输出的电压为，要使输电线上损耗的功率小于输送电功率的5%，求输电线的总电阻。
19．两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：。（已知H的质量m0=2.0136u，H的质量m1=3.0156u， H的质量m2=1.0073u，1u相当于931.5MeV的能量。结果均保留2位有效数字。）
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少？
(2)若放出的能量（包括最初的动能和核反应放出的能量，以后见此题目都这样理解）全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是多少？
20．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍）
(1)写出该核反应的反应方程式；
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV？
参考答案
1．C
【解析】A．反应是裂变反应，所以A错误；
B．反应过程中铀的半衰期不变，所以B错误；
C．裂变反应过程中放出能量，所以C正确；
D．的平均结合能比的平均结合能大，的结合能比的结合能小，所以D错误；
故选C。
2．C
【解析】A．根据电荷数和质量数守恒，可知X是中子，故A错误；
B．秦山核电站利用核裂变发电，故B错误；
C．根据质能方程可知，该核反应所释放的核能为
故C正确；
D．该核反应的过程中释放能量，和的比结合能之和小于的比结合能，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知a的质量数为1、电荷数为0，b的质量数为0，电荷数为-1，故a为中子，b为电子，故A错误；
B．是由发生裂变反应生成，所以比稳定，则的比结合能比的大，故B错误；
C．90年后该化合物中剩余的质量为
故C正确；
D．放射性元素的半衰期是由核内部自身的因素决定的，根原子所处的化学状态和外部条件无关，所以环境温度升高，的半衰期不变，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】A．，式中X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，属于α衰变，选项A错误；
B．，式中Y质量数为1，电荷数为0，为中子，属于核聚变，选项B错误；
C．，式中K质量数为1，电荷数为1，为质子，属于人工核转变，选项C正确；
D．，式中Z为10个中子，属于重核裂变，选项D错误。
故选C。
5．D
【解析】A．是核聚变反应，故A错误；
B．是核裂变反应，反应过程中有质量亏损，则该反应放出能量，故B错误；
C．由于裂变容易控制且发生的条件比聚变更低，则目前的核电站是利用的裂变，但聚变产能效率高，故C错误；
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束，故D正确。
故选D。
6．B
【解析】A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A选项错误；
B．根据光电效应的规律可知，入射光的频率大于金属的极限频率时，才会有光电子射出，B选项正确；
C．根据左手定则可知，射线①带正电，①是α射线，②不偏转，是γ射线，C选项错误；
D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，D选项错误。
故选B。
7．B
【解析】A．19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，故A错误；
B．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故B正确；
C．1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从而发现了质子，实现了人类历史上第一次人工核反应，故C错误；
D．1938年底，德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了核裂变，故D错误。
故选B。
8．C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；
B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；
C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为
C正确；
D．比结合能大的原子核更稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个核时，释放能量，则更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则和的比结合能之和小于的比结合能，D错误。
故选C。
9．C
【解析】A．甲图是卢瑟福粒子散射实验，大多数粒子不发生偏转，少数粒子发生明显偏转，极少数粒子发生较大角度的偏转，甚至是反向，故C处可以接收到少数粒子，A错误；
B．链式反应中铀原子核被中子轰击后发生的是裂变反应，B错误；
C．一个氢原子从能级向低能级跃迁，可能放出一种光子，也可能放出两种光子，大量处于的氢原子向低能级跃迁会放出3种光子，C正确；
D．验电器指针张角变大说明经过弧光灯照射以后锌板所带电量增加了，因光电效应中从锌板逸出的是电子，锌板会因此带正电荷，所以根据指针张角变大可以判断锌板原来带正电， D错误；
故选C。
10．B
【解析】A．现在所有投入运营的核电站用的都是重核裂变，A错误；
B．原子核比结合能越大，核子结合的越牢固，原子核越稳定，B正确；
C．重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核的比结合能增大，C错误；
D．核裂变反应中释放核能有质量亏损，质量与能量之间存在一定的关系，但不是质量转变为能量，D错误。
故选B。
11．B
【解析】A．核反应过程中会出现质量亏损，所以生成物的质量不等于反应物的质量，故A错误；
B．中子轰击锂核（）反应方程为，故B正确；
C．α衰变是指原子核自发的放射出一个核而转变为其他原子核，故C错误；
D．氘核（）和氚核（）经聚变反应生成核，同时放出能量，所以氘核（）和氚核（）的比结合能小于氨核（）的比结合能，故D错误。
故选B。
12．D
【解析】A．根据核反应方程中质量数，电荷数守恒可写出该核反应方程为
故可知X原子核中含有的中子数为52，故A错误；
B．该核反应为重核裂变反应，故B错误；
C．该核反应中释放的能量为
故C错误；
D．根据半衰期公式
可知，经过2T
所以可知原子核衰变了的质量占开始时的，故D正确。
故选D。
13．
【解析】[1]核反应方程为
[2]1g氢可发生聚变的次数为
故释放的总能量为
14． 亏损
【解析】[1]根据核电荷数守恒得Kr的质子数
92﹣56＝36
根据质量数守恒得Kr的质量数
235+1﹣144﹣3＝89
所以铀核裂变的核反应方程为
[2]爱因斯坦质能方程为
若核反应中的质量亏损为，释放的核能
所以在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量亏损。
15．中子 3
【解析】[1] [2]设X的质量数为m，质子数为n，则在核裂变前后质量数守恒可知
电荷数守恒
解得
m=1
n=0
由此判断粒子为中子，y=3。
16．C AB E F
【解析】[1]．在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是，答案标号是C；
[2]．属于衰变的是 和 ，答案标号是AB；
[3]．属于裂变的是，答案标号是E；
[4]．属于聚变的是，答案标号是F．
17．（1）； （2）； （3）；（4）
【解析】核反应中遵循质量数守恒和电荷数守恒，故
由波长和能量的关系式
则变形代入数据可得
设衰变后，铀核速度为，粒子的速度为，根据动量守恒有
在磁场中洛伦兹力提供向心力即
则
（4）由能量守恒定律知，铀核与粒子的总动能
结合
得
18．(1)；(2)；(3)小于
【解析】(1)根据核反应质量数守恒和电荷数守恒得
(2)核聚变的过程中亏损的质量
代入数据可得
释放的能量
(3)据
得
升压变压器匝数比为
根据理想变压器
由
得
得出输电线的总电阻小于。
19．(1)4.0 MeV；(2)1.5 MeV。
【解析】(1)此核反应中的质量亏损
根据
可得放出的能量为
(2) 因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零。因核反应中的动量守恒，故碰后氚核和质子的总动量也为零。设其动量分别为p1、p2，必有
p1=－p2
设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2，根据
可得
由题可知，新生氚核的动能为
20．(1)；(2)3.26MeV；(3)0.45MeV
【解析】(1)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式
(2)质量亏损为
释放的核能为
(3)设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为、，核反应过程系统动量守恒，以种子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
其中，，解得