选择性必修 第三册第五节 裂变和聚变一课一练

5.5裂变和聚变基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．在超导托卡马克实验装置中，质量为的与质量为的发生核聚变反应，放出质量为的，并生成质量为的新核。若已知真空中的光速为，则下列说法正确的是（　　）

A．新核的中子数为2，且该新核是的同位素

B．该过程属于衰变

C．该反应释放的核能为

D．核反应前后系统动量不守恒

2．关于下面四个装置说法正确的是（　　）

A．实验可以说明α粒子的贯穿本领很强

B．实验现象可以用爱因斯坦的质能方程解释

C．是利用α射线来监控金属板厚度的变化

D．进行的是核裂变反应

3．太阳能是大自然赋于人类的一种取之不尽，用之不竭的能源，在太阳的内部进行着大规模的（　　）

A．核裂变 B．核聚变 C．链式反应 D．核反应堆

4．如图所示是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是（　　）

A．卢瑟福的α粒子散射实验现象是大部分α粒子出现了大角度的散射

B．放射线在磁场中偏转，图中三种射线的穿透能力顺序为：乙>甲>丙

C．电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关

D．链式反应中，在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了使中子减速

5．物理实验能揭示物理规律。下列对四幅图片和示意图的描述中正确的是（　　）

A．甲图中的折线记录的可能是布朗运动实验中花粉颗粒的运动轨迹

B．乙图中描绘的可能是一滴纯油酸滴在小浅盘中水面上形成的单分子油膜的轮廓

C．丙图可能是单色光照射硬币后在光屏上形成的衍射图样

D．丁图可能是重核裂变产生的中子使裂变反应继续下去的链式反应示意图

6．下列说法正确的是（　　）

A．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的

B．比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定

C．放射性元素的半衰期与外界的温度有关

D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，由2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是（m1+m2-m3）c2

7．2021年4月13日，日本政府宣布将核废水排入大海，遭到包括中国在内的众多国家的一致反对。核废水中含付大量放射性元素，其中氚的含量最高，其次是碳-14、钴60等。以下说法中正确的是（　　）

A．核废水排入大海，对海洋生物及环境的影响是短时期的

B．对核废水进行高温高压处理，可以缩短放射性元素的半衰期

C．核废水中U的比结合能大于Pb的比结合能

D．要启动氘、氚的聚变反应，必须使氘核氚核具有足够大的动能

8．下列说法正确的是（　　）

A．重核裂变和轻核聚变过程质量守恒

B．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时吸收能量

C．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，则经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核

D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

9．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

10．2020年11月27日0时41分，华龙一号核电5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。华龙一号发电机利用的是铀核裂变释b的核能，其裂变方程为U+n→X+Sr+2n，则下列叙述正确的是（　　）

A．裂变后粒子的总核子数减少

B．X原子核中含有85个中子

C．裂变过程中释放核能是因为新核的结合能小

D．裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小

11．据报道，2020年1月到11月，我国运行核电机组共49台（不含台湾地区核电信息）核能发电量约为3309.7亿千瓦时，约占全国累计发电量的5%，为我国绎济建设提供了重要的能源保障。关于核电发电，下列说法正确的是（　　）

A．核反应方程可能是∶

B．核反应过程中质量和质量数均减少

C．现有核电站核反应的类型包含核聚变和核裂变两种类型

D．低于临界体积的铀块无法发生链式反应

12．放射性元素钋发生衰变时，会产生和一种未知粒子，并放出射线，其核反应方程为，下列说法正确的是（　　）

A．的穿透能力比射线强

B．

C．X核的中子个数为124

D．这种核反应为裂变

13．下图中涉及不同的物理知识，说法正确的是（　　）

A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量

B．乙图中，卢瑟福基于粒子散射实验结果，提出原子核的结构模型

C．丙图中，原来有100个氡核，经过两个半衰期，还剩下25个氡核

D．丁图中，链式反应属于重核的裂变，氢弹是需人工控制实现裂变的

14．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其核反应方程是，已知氘核、氚核的比结合能分别是1.09 MeV、2.78 MeV，，正确的是（　　）

A．核结合能为13.73 MeV

B．氦原子核的比结合能为7.03 MeV

C．氘核结合能为3.27 MeV

D．聚变反应中质量亏损为0.01u

15．下列图中有四幅图片，涉及有关物理学发展历史的四个重大发现，有关说法正确的是（　　）

A．甲图片中的电磁波是人们利用X射线管来产生的，它的波长比紫外线更长

B．乙图片所反映的现象是居里夫妇最先发现的，后来他们又深入研究发现了两种新元素“钋”和“镭”

C．丙图片是法拉第研究阴极射线并发现电子的装置

D．丁图片所涉及的物理现象属于核裂变，由德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在实验中发现

二、填空题（共4题）

16．如图所示为远距离输电系统示意图，请指出：

（1）发电机的工作原理是：_________________.

（2）假设该系统中的发电厂是核电站，请在下面方框内填写核电站发电过程中的能量转化情况。______， ______

（3）用核能的优点是节约化石能源，你再举一例既节约化石能源又环保的能源___________。

17．氘核（）和氚核（）结合成氦核（）的核反应方程如下：＋17.6MeV

(1)这个核反应称为___________。

(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文。式中17.6MeV是核反应中___________（选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量___________（选填“增加”或“减少”）了___________kg（保留一位有效数字）。

18．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成X核和氪核，同时放出3个中子，核反应方程是。X原子核中含________个中子，反应后核子的比结合能________（选填“增加”“减小”或“不变”）。

19．核能是一种高效的能源．在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（见图1）．结合图2可知，安全壳应当选用的材料是________．

三、综合题（共4题）

20．太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个生成一个，瞬间释放大量的核能。已知的质量是，的质量是，，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）

(1)写出氦闪时的核反应方程式；

(2)计算一次氦闪过程释放的能量；

(3)求的发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知的标准煤燃烧释放的能量约为，。

21．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，相当于的能量，求：

（1）写出聚变的核反应方程；

（2）此反应过程中释放的能量为多少？结果保留一位小数

22．（1）从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系．但在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。

例如玻尔建立的氢原子模型，仍把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动．即氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，元电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。

①氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。

②氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能与电子和原子核系统的电势能之和．已知当取无穷远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的电势φ＝．求处于基态的氢原子的能量。

（2）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能E0＝0.35MeV对心碰撞，假设该反应中释放的核能也全部转化为氦核（）和中子（）的动能．已知氘核的质量mD＝2.0141u，中子的质量mn＝1.0087u，氦核的质量mHe＝3.0160u，其中1u相当于931MeV．在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）。

23．两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014u，氦核质量为4.002u。

（1）写出相应的核反应方程；

（2）求出1kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知∶阿伏加德罗常数NA为6.0×1023mol-1，氘核的摩尔质量为2g/mol，1u相当于931.5MeV的能量，（结果保留两位有效数字）。

参考答案：

1．A

2．D

3．B

4．B

5．D

6．B

7．D

8．B

9．B

10．B

11．D

12．C

13．A

14．B

15．D

16．     电磁感应     核能     机械能     太阳能

17．     核聚变     放出     减少     3×10-29

18．     88     增加

19．混凝土

20．(1)；(2)；(3)

21．（1）；（2）17.5MeV

22．（1）①；   ②；（2）EkHe＝1MeV ；Ekn＝3MeV

23．（1）（2）