高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 “基本”粒子综合训练题

5.4　核裂变与核聚变

5.5　“基本”粒子

一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)

1．中国是核电大国，到2020年1月，已经建成19座核电站，核电站是利用原子核发生裂变反应时所产生的核能来进行发电的。关于原子核与核能，以下说法正确的是(　C　)

A．组成原子核的核子之间只存在引力

B．核反应中由于核子数减少而导致质量亏损

C．比结合能越大的原子核越稳定，核子平均质量越小

D．核电站利用中等质量的原子核分裂成质量较小的原子核来获取核能

解析：组成原子核的核子之间存在核力的作用，核力有时表现为斥力，有时表现为引力，选项A错误； 核反应中核子数并没有减少，由于核子的平均质量减少而导致质量亏损，选项B错误；比结合能越大的原子核越稳定，核子平均质量越小，选项C正确；核电站利用质量较大的原子核分裂成两个或两个以上中等质量核来获取核能，选项D错误。

2．如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是(　D　)

A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238

B．石墨起到吸收中子的作用

C．镉棒起到使中子减速的作用

D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害

解析：铀棒是核燃料，核心物质是铀235，选项A错误；在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速，选项BC错误；水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害，选项D正确。

3．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是(　A　)

A．U＋n―→Sr＋Xe＋10n B．Na―→Mg＋e

C．N＋He―→O＋H D．U―→Th＋He

解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变。

4．U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，还放出(　C　)

A．1个α粒子　　　　　　 B．3个中子

C．10个中子  D．10个质子

解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知

　则

由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，C选项正确。

5．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→2H＋He。关于He聚变下列表述正确的是(　B　)

A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核

C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用He聚变反应发电

解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项B正确。

6．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是(　B　)

A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成

B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成

C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成

D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成

解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。 因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由H核和e构成的。

7．(多选)关于聚变和裂变，以下说法正确的是(　BD　)

A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积

B．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1000万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的热核反应

C．铀核裂变时一定同时放出3个中子

D．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235

解析：裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，选项A错误；太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的热核反应，选项B正确；重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去，这就是链式反应，铀核裂变时能同时释放2～3个中子，故C错误；铀235越纯，越容易发生链式反应，故D正确。

8．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个：U＋n―→Xe＋Sr＋10n

已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中(　BD　)

A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u

B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u

C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J

D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV

解析：计算质量亏损时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错误，B正确；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D正确，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错误。

二、非选择题(共12分)

9．(12分)1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104 t TNT爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201 MeV，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023)

答案：1.02 kg

解析：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV的能量，1 mol铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J,1 mol铀核的质量为0.235 kg，则原子弹中铀核的质量为m＝×0.235 kg＝×0.235 kg≈1.02 kg。