鲁科版 (2019)第4节 核裂变和核聚变习题

5.4核裂变和核聚变同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．中国最新一代“人造太阳”实验装置，于2006年9月28日在合肥成功放电，这是世界首个投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置．“人造太阳”以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”．你认为“人造太阳”中所涉及的核反应方程是（       ）

A．

B．

C．

D．

2．日本政府于4月13日召开会议，决定在未来两年福岛核废水罐达到蓄水峰值后，将稀释过的废水排入大海，引发世界一片哗然。福岛核电站的核废水中放射性物质“氚”难以清除。关于“氚”的一个核反应方程为，对此以下说法正确的是（　　）

A．反应后总结合能变大

B．核反应产物中的X粒子为

C．反应前后核子的总质量相等

D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应

3．有四个核反应方程如下：

①       ②

③       ④

下列说法正确的是（　　）

A．①是核聚变 B．x2为 C．③是核裂变 D．x4为中子

4．太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其“核燃烧”的核反应方程为，，方程中X表示某种粒子，是不稳定的粒子，其半衰期为T，这个核反应释放出的能量为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）

A．若使，的温度降低，其半衰期会减小

B．方程中的X为电子

C．该核反应过程产生的质量亏损为

D．“核燃烧”的核反应是裂变反应

5．人类和平利用核能始于二十世纪五十年代，核能的开发和应用是解决能源问题的重要途径之一、下列关于核反应的描述或判断正确的是（　　）

A．是核聚变

B．是衰变

C．是衰变

D．是核裂变

6．下列说法正确的是（　　）

A．卢瑟福通过实验发现了中子 B．中的X是质子

C．是铀核的裂变 D．是核聚变反应

7．下列说法正确的是

A．质子不能够发生衍射现象

B．链式反应在任何条件下都能发生

C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，该元素的半衰期将增大

8．下列说法正确的是

A．的半衰期是5天，12个经过10天后还有3个未衰变

B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

C．紫外线照射到锌板表面时能够发生光电效应，则增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大

D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大

9．下列核反应方程式中，表示重核裂变过程的是（　　）

A．

B．

C．

D．

10．未来科学大奖于9月12日在北京公布2021年获奖名单。“物质科学奖”获得者张杰，表彰他通过调控激光与物质相互作用产生精确可控的超短脉冲快电子束，并将其应用于实现超高时空分辨高能电子衍射成像和激光核聚变的快点火研究，这为核聚变的和平应用奠定了基础。某核聚变反应核反应方程式为，反应前氘核（）的质量为，氚核（）的质量为，反应后氦核（）的质量为，x的质量为，已知真空中的光速为c。下列说法中正确的是（       ）

A．该聚变反应属于衰变 B．x粒子为质子

C．该反应是目前核电站的工作原理 D．核反应放出的能量为

11．关于原子核的变化、核能及核力，下列说法正确的是

A．核力是一种弱相互作用，只能发生在原子核内相邻核子之间

B．某原子经过一次α衰变和两次衰变后，核内质子数不变

C．放射性原子核X发生衰变，生成物的结合能一定小于X的结合能

D．是太阳内部发生的核反应之一

12．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）

A．化学反应   B．放射性衰变   C．裂变反应   D．热核反应

13．1938年德国物理学家哈恩发现用中子轰击铀核()的产物中含有中等质量的原子核钡()和氪() ,下列说法正确的是(       )

A．该核反应为核聚变

B．该核反应方程为

C．铀核的比结合能比钡核的比结合能小

D．此核反应一但发生就能自动延续下去，对铀块体积将不再有要求

14．下列说法正确的是（　　）

A．天然放射现象中β射线的本质是电子流，是原子的外层电子电离而形成的

B．太阳辐射的能量主要来源于太阳中的裂变反应

C．用频率大于某金属极限频率的单色光照射该金属，若增大入射光的频率，则单位时间内逸出的光电子一定增多

D．放射性元素的半衰期与该元素所处的物理、化学状态无关

15．氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为个，以下说法正确的是（　　）

A．X粒子是电子

B．能够发生聚变反应的条件是反应物的体积超过临界体积

C．若1kg海水中含有的氘核全部发生上述聚变反应，释放的能量为MeV

D．上述反应过程发生的质量亏损为，其中c为真空中的光速

二、填空题（共4题）

16．目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工核转变。请在下列方程后的括号内填写正确的类型。

                           (    )

       (    )

                    (    )

                           (    )

17．我国自行设计并研制的“人造太阳”---托卡马克实验装置，热核反应进行的聚变反应方程式为，其中反应原料氘（）富存于海水中，氚（）可以通过中子轰击锂核（）产生一个氚核（）和一个新核的人工转变方程式为___→___+；如果一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5．6×10-13J．则该聚变过程中的质量亏损为____kg；（已知光速为3．0×108m/s）

18．国家重大科技基础设施中国散裂中子源已经通过国家验收，投入正式运行。它是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。在某课题研究中核反应方程为，则是______。已知的质量为，的质量为，的质量为，的质量为，该反应释放能量为______。（质量亏损释放的能量约

19．原子核聚变有望给人类未来提供丰富洁净的能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为(1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s)．

(1)该反应方程中的d＝________．

(2)质量亏损为________kg.

三、综合题（共4题）

20．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c。

（1）写出两个氘核聚变为一个的核反应方程，并计算释放的能量；

（2）质量为M的氘核完全聚变为，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量？已知煤的燃烧值为q（题中所用物理量的单位均为国际单位）。

21．托卡马克（Tokamak）是依据等离子体约束位形而建立的磁约束聚变装置，由加热场线圈，极向线圈和纵场线圈组成。极向线圈可提供如图1装置中竖直方向的匀强磁场，纵场线圈起加速离子作用。图2为装置简化后俯视图，内径R1=2m，外径R2=5m，S为一截面，S1为其同一直径另一端截面。已知元电荷为C，质子中子质量均为kg。

(1)写出氘核和氚核结合成氦核的核反应式。已知氘核的质量为2.0136u，氚核的质量3.0161u，中子的质量为1.0087u，He核的质量为4.0026u，计算释放出多少核能；（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。）

(2)若从S垂直截面方向射入氘核，求到达S1的最大速度与垂直磁感应强度B的关系式；

(3)关闭加热场线圈和纵场线圈电流，保留极向线圈的电流，已知极向线圈产生的总磁感应强度B=kI，k为比例系数，I为线圈中的电流大小，所有粒子均被约束在纵场区内，粒子一旦接触环形真空壁即被吸收导走。若垂直于截面S，速度均为的氘核和氚核在截面S1处有重叠，求极向线圈中电流大小范围。

22．在某些恒星内部，3个氦核（）结合成1个碳核（）。已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2，1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，真空中的光速为c。

（1）核反应方程为；

（2）核反应的质量亏损为；

（3）碳核的比结合能为。

23．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子

（1）确定核反应方程中a、b的值；

（2）在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力．设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W．若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？

参考答案：

1．C

2．A

3．B

4．C

5．D

6．D

7．C

8．D

9．A

10．D

11．B

12．D

13．C

14．D

15．D

16．     衰变     核裂变     人工核转变     核聚变

17．               3.1×10-29

18．     中子     18.90

19．     2     7.67×10－29

20．（1）H+H→He+n，(2m1-m2-m3)c2；（2）(2m1-m2-m3)c2

21．(1)，17.14MeV；(2)；(3)A

22．（1）；（2）；（3）

23．①核反应方程中a、b的值分别为1和2；②运动质子速度至少为