物理4 核裂变与核聚变课后作业题

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5.4核裂变与核聚变专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册一、选择题（共15题）1．关于铀核裂变，下述说法正确的是(       )．A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两块B．铀核裂变时还能同时放出2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易产生，最好用铀238D．铀块的体积对产生链式反应无影响2．核反应方程表示中子轰击原子核可能发生的一种核反应，该核反应释放出的核能为ΔE．关于这个核反应，下列说法中正确的是A．该反应属于核聚变B．中的X为146C．中含有56个中子D．该反应的质量亏损为ΔE/c23．据悉我国第四代反应堆—钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次衰变转化成铀：铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是（　　）A．钍核有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增加4．下列核反应属于人工转变的是A．Th→Pa+e B．He+Be→C+nC．U+n→Xe+Sr+10n D．H+H→He+n5．根据相关知识判断，下列说法正确的是（　　）A．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，玻尔预言了实物粒子的波动性B．射线是核外电子受激而射出的电子流C．大量处于第5能级（即量子数）的氢原子，在向低能级跃迁时，最多可辐射出10种不同频率的光子D．能级、光子的能量、原子反应堆中发生的核反应释放的核能和弹簧的弹性势能都具有量子化特征6．下列有关原子核的说法中正确的是　　A．射线的穿透能力比射线强B．裂变物质体积小于临界体积时，链式反应不能进行C．原子核内部一个质子转化成一个中子时，会同时释放出一个电子D．的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，它的半衰期可能变短7．对于下列核反应方程的说法错误的是（　　）A．是原子核人工转变的方程B．是聚变的方程C．是衰变的方程D．是裂变的方程8．如图，是我国自行研制的“超导托卡马克”可控热核反应实验装置，俗称人造太阳。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，产生巨大的能量，核反应方程式是，下列说法正确的是（　　）A．该核反应前后核子的平均质量增加B．核反应方程式中的X是中子C．该核反应前后的电荷数不守恒D．该核反应产生的条件之一是核聚变的原料要大于一定的临界体积9．已知氘核的比结合能是1.09MeV，氚核的比结合能是2.70Mev，氦核的比结合能是7.03MeV。在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是（　　）A．这是一个裂变反应B．核反应方程为C．核反应过程中吸收的核能是3.16MeVD．目前核电站都采用上述核反应发电10．下列关于核反应的说法正确的是A．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变B．是α衰变方程C．→是β衰变方程，其中β粒子来自原子的内层电子D．查德威克用高速运动的α粒子轰击氮核发现了质子，其反应方程为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1B．为电子C．光子的波长为D．光电子的德布罗意波波长为12．黄旭华是中国核潜艇研究设计专家、核潜艇之父，2019年获国家最髙科学技术奖，核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，如图，反应堆的核反应方程式为：，下列说法正确的是（　　） A．Kr有36个质子，89个中子B．比的平均结合能小C．核反应前、后原子核的总质量保持不变D．镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢13．下列叙述正确的是（　　）A．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生B．根据玻尔理论，在氢原子中，电子吸收光子从低能级跃迁到高能级，电子的能量变大，动能也变大C．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应D．核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子使核变为新核14．下列说法正确是A． 是α衰变B．是人工转变C． 是轻核聚变D． 是重核裂变15．现已建成的核电站的能量来自于(　　)A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量二、填空题（共4题）16．平衡下列核反应方程：U+____→Sr+Xe+10n．在核反应堆中，石墨起_____的作用；镉棒起_____作用．17．原子核是由质子和中子组成的，它们统称为_______．核电站是利用__________（选填“重核裂变”、“轻核聚变”或“化学反应”）获得核能并将其转为电能．18．现有几个核反应方程及衰变方程：A．B．N＋He→O＋HC．H＋H→He＋nD．Se→Kr＋2eE．U＋n→X＋Kr＋3nF．Na→Mg＋eG．He＋Be→C＋n（1）________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程，________是衰变方程，________是发现质子的方程。（2）E项中X的质量数为________，中子数为________。19．已知氘核质量为2.013 6u，中子质量为1.008 7u，的质量为3.015 0u。（1）写出两个氘核聚变成的核反应方程_____；（2）计算上述核反应中释放的核能△E=_____Mev（结果保留三位有效数字）。三、综合题（共4题）20．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源。已知氦3核与氘核发生聚变反应有质子流产生；       （1）写出核反应方程；（2）若该反应中质量亏损为9.0×10﹣30kg ， 且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能（聚变前粒子的动能可忽略不计）。21．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．22．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。23．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应为，其中氘核的质量为2.0136 u，氦核的质量为3.0150 u，中子的质量为1.0087 u．1 u相当于931.5 MeV的能量．求：(1)核反应中释放的核能；（结果保留两位小数）(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．（结果保留两位小数）
参考答案：1．B2．D3．D4．B5．C6．B7．C8．B9．B10．A11．C12．D13．A14．A15．C16．          减速剂     吸收中子17．     核子     重核裂变18．     G     E     C     ADF     B     144     8819．          3.2620．(1)      (2) 8.1×10﹣13J21．（1）（2）17.6MeV22．(1)，17.14MeV；(2)；(3)A23．（1）3.26 MeV（2）2.97 MeV   0.99 MeV