高中物理第5章 原子核与核能第4节 核裂变和核聚变课堂检测

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．α粒子在很多物理实验中扮演着重要的角色，下列说法正确的是（　　）

A．图甲表示的是α粒子散射实验，该实验揭示了原子核是可再分的

B．图乙表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中③是α射线

C．图丙表示的是铀238放出一个α粒子后，质量数减少4，电荷数减少2成为新核

D．图丁表示的是查德威克用α粒子轰击氮核发现了质子

2．2019年8月我国已经建成了新托卡马克(EAST)装置——中国环流器二号M装置(HL­2M)，为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。关于聚变的说法正确的是（   ）

A．核裂变比核聚变更为安全、清洁

B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4

C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减小

D．HL­2M中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n

3．下列说法正确的是（       ）

A．中X为中子，核反应类型为衰变

B．中Y为中子，核反应类型为人工核转变

C．，其中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变

D．，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变

4．我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　）

A．X为

B．X的比结合能比小

C．X的质量为

D．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力

5．与的核反应能释放巨大的能量，对人类社会的可持续发展具有深远意义，该核反应可表示为：，下列说法正确的是（　　）

A．该核反应是目前核电站利用核能的主要方式

B．该核反应存在质量亏损

C．X为质子，是原子核的组成部分

D．该核反应为核裂变

6．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

7．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是（　　）

A．核反应方程式为

B．这是一个裂变反应

C．核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m4

D．核反应过程中释放的核能ΔE＝（m1＋m2－m3－m4）c2

8．1964年至1967年6月我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功，1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委隆重表彰在研制“两弹一星”中作出贡献的科学家．下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是

A． B．

C． D．

9．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置—中国环流器二号装置（）在成都建成并实现首次放电。中国“人造太阳”最高温度能达近2亿度，或将造福全世界。该装置中核反应的方程式为，是（     ）

A．化学反应 B．裂变反应 C．链式反应 D．热核反应

10．两个氘核结合成一个氦核时会释放一定的能量，核反应方程为，对此以下说法正确的是（　　）

A．该核反应类型为原子核的衰变 B．氘核的比结合能比氦核大

C．反应前氘核总质量等于反应后产生的氦核质量 D．反应前氘核总带电量等于反应后产生的氦核带电量

11．核聚变发电有望提供人类需要的丰富清洁能源，氢核聚变可以简化为如下过程，4个氢核（）聚变生成氦核（），并放出2个和2个中微子，同时伴随着光子的产生，光子照射到逸出功为的金属上，逸出光电子的最大初动能为。其中中微子的性质十分特别，在实验中很难探测，1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的反应，产生中子和正电子，间接地证实了中微子的存在。已知光电子的质量为，光速为，普朗克常量为。下列说法正确的是（　　）

A．中微子的质量数为0，电荷数为1

B．为电子

C．光子的波长为

D．光电子的德布罗意波波长为

12．下列说法中正确的是（　　）

A．α粒子散射实验证明原子内部的正电荷是均匀分布的

B．氢原子的发射光谱是连续谱

C．轻核的聚变和重核的裂变都可以放出核能

D．镉棒在裂变反应堆中使快中子变为慢中子

13．已知真空中的光速c=3.0×108m/s，下列说法正确的是（　　）

A．铋210的半衰期是5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个

B．用中子轰击铀核的核反应方程为，属于原子核的衰变

C．某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个粒子，则A=7，Z=2

D．若核反应释放出2.2MeV能量，该过程质量亏损为

14．下列说法中正确的是

A．汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构

B．天然放射现象说明原子核内部是有结构的

C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

D．目前世界上的核电站广泛采用核聚变

15．近日日本政府计划将福岛核污染水排放入海的做法引起国际社会广泛关注。核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，则（　　）

A．核反应方程中的是质子 B．核反应方程中的是中子

C．核反应类型为核裂变 D．核反应类型为衰变

二、填空题（共4题）

16．能够发生链式反应的最小体积叫做它的________．如果铀235的体积超过了它的这个体积，只要有中子进入，就会立即引起铀核的________，在极短时间内释放出大量________，甚至发生猛烈的爆炸，________就是根据这个原理制成的．

17．1.定义：两个________结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。

2.核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。

3.条件：使轻核的距离达到________ m以内。

方法：加热到很高的________。

18．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料．受一个中子轰击后裂变成 和两部分，并产生 ______ 个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要 ______ （选填“大于”或者“小于”）它的临界体积．

19．在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测．1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中 的核反应，间接地证实了中微子的存在．

（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（ ）和正电子（），即中微子+ →+ ，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是____．（填写选项前的字母）

（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（），即 +2，已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31㎏，反应中产生的每个光子的能量为  J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是______．

三、综合题（共4题）

20．大亚湾核电站的某反应堆的输出功率恒为，反应堆的效率是，每个铀核裂变时释放的能量为.试求：

(1)核电站在一年的不间断工作中将获得多少核能？

(2)此核电站在一年的不间断工作中消耗多少克含5%的浓缩铀235？

21．1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为，正对太阳能产生的电压，并对车上的电动机提供的电流，电动机的直流电阻为，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为.

(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核（）写出核反应方程；

(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率是多少？

(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为，，，则的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？

(4)已知太阳每秒释放的能量为，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？（太阳的质量为，结果保留一位有效数字）

22．一个氘核（）与一个氚核（）聚合成一个氦核（）的同时放出一个中子，平均每个核子放出的能量比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。但是实现核聚变的困难在于原子核都带正电，互相排斥，在一般情况下不能互相靠近而发生结合。但在温度非常高时，热运动的速度非常大，就能冲破库仓排斥力的壁垒，碰到一起发生结合，这叫做热核反应。若当两个核之间距离达到核半径r时（核接触距离），才有可能发生核反应。根据电磁学，相距为r的点电荷、的电势能（式中静电力常量，取无穷远处电势能为零）。根据统计物理学，绝对温度为T时，粒子的平均动能为（式中，叫作玻耳兹曼常数）。已知质子的电荷量为e，核半径为r，以及常量k、常数，若简化模型，依据以上内容，不考虑相对论等效应，回答下列问题：

（1）请写出一个氘核与一个氚核聚合的核聚变方程；

（2）假设固定一个氚核，让一个氘核从很远的地方向氚核运动。求：

a.氘核以怎样的动能才能达到与氚核接触的距离？（写出表达式）

b.使氘核平均热运动动能达到此值，需要达到的温度；（写出表达式）

（3）假设氚核静止但不固定，让一个氘核从很远的地方向氚核运动，求

a.氘核以怎样的动能才能达到与氚核接触的距离？（写出表达式）

b.使氘核平均热运动动能达到此值，温度（以K为单位）需要多少？（已知电荷，核半径r约为，计算结果保留1位有效数字）

23．氘核和氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋n，已知H的比结合能是2.78MeV，H的比结合能是1.09MeV，He的比结合能是7.03MeV，则该核反应释放的核能为多少？

参考答案：

1．C

2．D

3．D

4．D

5．B

6．C

7．D

8．D

9．D

10．D

11．C

12．C

13．D

14．B

15．D

16．     临界体积     链式反应     能量     原子弹

17．     轻核     10-15     温度

18．     10     大于

19．     A     8．19×10-14 遵循动量守恒

20．（1）；（2）

21．(1)；(2)；(3)；(4)年

22．（1）；（2）a. ；b. ；（3）a. ；b.使

23．17.6MeV