高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变课后复习题

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第五章分层作业24　核裂变与核聚变A级 必备知识基础练1.重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径,关于裂变和聚变,下列说法正确的是(　　)A.裂变释放能量,聚变吸收能量B.裂变过程有质量亏损,聚变过程无质量亏损C.裂变和聚变都可以释放出巨大的能量D.太阳能来源于太阳内部发生的核裂变2.如图所示为原子核裂变并发生链式反应的示意图,铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变对应的核反应方程是nX+Y+n,其中n为中子,对于产物X的原子序数a和产物Y的质量数b,以下判断正确的是(　　)A.a=53,b=93 B.a=54,b=94C.a=53,b=94 D.a=54,b=933.(2023山东菏泽高二期末)普通核反应堆的结构示意图如图所示,通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作的说法正确的是(　　)A.正常运行的反应堆,水泥防护层外能检测到大量α粒子B.中子速度越快越容易发生链式反应C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关4.(2023江西九江高二期末)目前核能发电都是利用核裂变反应,其中一个主要的裂变方程为nXSr+n。下列有关说法正确的是(　　)A.产物X原子核中含有85个中子B.太阳辐射能量的主要来源也是重核裂变C.裂变过程中释放核能是因为产物中新核的比结合能小D.锶90也是铀235的裂变产物,其半衰期为28年,那么经过56年锶90就衰变完了5.(多选)(2022云南昆明高二期末)如图所示是核电站工作流程图,关于核能,下列说法正确的是(　　)A.核反应堆可以把核能直接转化为电能B.核反应堆利用的是原子核衰变过程产生的能量C.核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能D.水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线6.(多选)(2023河北唐山高二期末)关于核聚变,下列说法正确的是(　　)A.核聚变可以在常温下发生B.太阳释放的巨大能量是核聚变产生的C.聚变反应比较好控制,因此能源危机马上会解决D.“人造太阳”内部的反应是HHen的聚变反应7.(2023河北石家庄高二期末)海水中富含氘,氘核H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式HHe+H+nX+43.15 MeV表示,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个。(1)反应式中X是什么粒子并确定n的数值;(2)若0.6 kg海水中的氘核全发生聚变反应,其释放的能量为多少 MeV。 B级 关键能力提升练8.核电站中核反应堆的核反应方程式U+Ba+Kr+n+201 MeV(201 MeV为本核式反应释放的核能),以下说法正确的是(　　)A.这个反应属于轻核聚变B.反应条件是铀块要达到临界体积C.由这个反应可知比结合能为201 MeVD.这个方程式可写为UBa+Kr+n9.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量,这些能以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去,其总功率达到P0=3.8×1026 W。设太阳上的热核反应是4个质子聚合成1个氦核同时放出2个中微子(质量远小于电子质量,穿透能力极强的中性粒子,可用υ表示)和另一种带电粒子(用e表示),且知每一次这样的核反应质量亏损为5.0×10-29 kg,已知真空中的光速c=3×108 m/s,电子的电荷量e=1.6×10-19 C。则每秒钟太阳产生中微子的个数为(　　)A.8×1037 B.8×1038C.2×1037 D.2×103810.(多选)1932年,考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验,验证了质能关系的正确性。在实验中,锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核,随后又蜕变为两个原子核,核反应方程为Li+Be2X。已知Li、X的质量分别为m1=1.007 28 u、m2=7.016 01 u、m3=4.001 51 u,其中u为原子质量单位,1 u相当于931.5 MeV的能量,则在该核反应中(　　)A.铍原子核内的中子数是4B.X表示的是氚原子核C.质量亏损Δm=4.021 78 uD.释放的核能ΔE=18.88 MeV11.核裂变的产物是多种多样的,其中一种典型的核裂变反应方程为nXe+1U裂变为更稳定的Xe,则下列说法正确的是(　　)AU的比结合能大于Sr的比结合能BSr的结合能大于Xe的结合能C.A=136,Z=54D.目前的核电站是利用HHen放出的核能12.(2023山东日照高二期末)已知两个氘核聚变生成一个He核和一个中子,氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u(质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV)。除了计算质量亏损外He核的质量可以认为是中子的3倍。(计算结果单位为 MeV,保留两位有效数字)(1)写出该反应的核反应方程。(2)若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He核并放出一个中子,释放的核能也全部转化为He核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为0.37 MeV,求反应后He核和中子的动能分别为多少。
分层作业24　核裂变与核聚变1.C　裂变和聚变过程中都释放能量,故A错误;裂变和聚变过程中都释放能量,根据质能方程可知裂变过程和聚变过程都有质量亏损,故B错误;裂变和聚变都可以释放出巨大的能量,故C正确;太阳能来源于太阳内部发生的核聚变,故D错误。2.B　核反应质子数守恒92=a+38核反应质量数守恒235+1=140+b+2联立得a=54,b=94。故B正确,A、C、D错误。3.C　正常运行的反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射,所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子,故A错误;中子速度越快越不容易使链式反应发生,故B错误;利用镉棒对中子吸收能力强的特点,通过改变镉棒的插入深度,从而改变中子的数量来控制反应速度,故C正确;核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关,铀核裂变时会因生成物种类不同导致质量亏损不同,释放能量不同,故D错误。4.A　设X原子核中有x个质子,质量数为y,根据核反应过程中质量数与电荷数守恒,则有92=x+38,235+1=y+95+1×2,解得x=54,y=139,则X原子核中含有中子数为139-54=85,故A正确;太阳内部发生的是轻核聚变,故B错误;重核裂变释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能,故C错误;根据半衰期的定义,经过56年锶90剩下原来的四分之一,故D错误。5.CD　核反应堆把核能转化为内能,再转化为电能,故A错误;核反应堆利用的是核裂变过程产生的能量,故B错误;核反应堆中发生核反应要放出热量,则核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能,故C正确;水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线,故D正确。6.BD　核聚变属于热核反应,必须在高温下进行,故A错误;太阳释放的巨大能量是核聚变产生的,故B正确;要实现聚变反应,必须使参加反应的轻核充分接近,需要数百万度高温,聚变反应一旦实现,可在瞬间产生大量热能,地球上没有任何容器能够承受如此高的温度,实现受控热核反应还需要很长一段路,故C错误;“人造太阳”内部的反应是轻核聚变,反应方程为HHen,故D正确。7.答案 (1)中子　n=2　(2)4.315×1022 MeV解析 (1)根据电荷数守恒可知,X的电荷数为0,可确定为中子,再根据质量数守恒可知n=2。(2)根据题意可知,0.6kg海水中发生上述反应的次数m==1.0×1021一次反应释放能量43.15MeV,则m次释放的能量为Q=43.15m可得Q=4.315×1022MeV。8.B　这个反应属于重核裂变,故A错误;中子由于速度大,如果铀块太小中子穿过不留在里面,故反应条件是铀块要达到临界体积,故B正确;201MeV是该反应所释放的能量,而比结合能是把原子核拆分成单个核子需要吸收的能量或核子结合成原子核所释放的能量,两者意义不同,故C错误;UBaKr+n的写法是错误的,因为箭头左侧的U是不会自发发生核反应的,也不符合重核裂变的物理含义,故D错误。9.D　根据爱因斯坦质能方程,得E0=Δmc2=5.0×10-29×(3×108)2J,每秒太阳发生的核反应的次数n==8.4×1037,每秒钟太阳产生中微子个数为N=2n=2×1038,故D正确,A、B、C错误。10.AD　根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,可知方程为LiHBeHe,则Z=4,A=8,铍原子核内的中子数是4,X表示的是氦核,故A正确,B错误;核反应质量亏损为Δm=m1+m2-2m3=0.02027u,则释放的核能为ΔE=(0.02027×931.5)MeV,解得ΔE=18.88MeV,故C错误,D正确。11.C　比结合能越大,原子核越难分离成单个核子,即原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,由于Sr比U稳定,则U的比结合能小于Sr的比结合能,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒有235+1=90+A+10,92=38+Z,解得A=136,Z=54,故C正确;组成原子核的核子数越多,它的结合能越大,由于Sr的核子数为90,小于Xe的核子数136Sr的结合能小于Xe的结合能,故B错误;目前投入使用的核电站采用的都是可控核裂变释放的核能H+Hen是轻核聚变,故D错误。12.答案 (1HHen　(2)1.0 MeV　2.3 MeV解析 (1)两个氘核聚变生成一个He核和一个中子,则该反应的核反应方程为HHen。(2)碰撞和反应过程动量守恒,则碰后He核和中子总动量为零,即3mv1=mv2核反应释放的能量ΔE=Δmc2=(2×2.0136-3.0150-1.0087)×931.5MeV=3.26MeV根据能量守恒×3m=ΔE+2E0解得He核动能E1=×3m=1.0MeV中子的动能E2=ΔE-E1=2.3MeV。