高中第4节 核裂变和核聚变随堂练习题

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．下列说法正确的是（）

A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

B．β衰变的实质是核内的一个中子转化成一个质子和一个电子

C．结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定

D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关

2．有下列4个核反应方程，核反应类型依次属于（     ）

①                    ②

③             ④

A．衰变、裂变、人工转变、聚变 B．裂变、裂变、聚变、聚变

C．衰变、衰变、聚变、聚变 D．衰变、人工转变、人工转变、聚变

3．2021年12月20日，16项国家科技重大专项之一—石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电（如图），这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，则该核反应释放的核能是（　　）

A． B．

C． D．

4．以下说法中，正确的是（　　）

A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应

B．要使氢原子核发生聚变，必须使它们间的距离至少接近到

C．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，总能量减小

D．随温度的升高，放射性元素的半衰期将减小

5．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是

A．“人造太阳”的核反应方程是

B．“人造太阳”的核反应方程是

C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是

D．“人造太阳”核能大小的计算公式是

6．下列说法正确的是（　　）

A．太阳内部持续不断地发生着热核反应，其中一种核反应方程为，X表示的是中子

B．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流

C．碘131的半衰期为8天，若有20个碘131原子核，则经过8天后只剩下10个

D．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放

7．有关下列四幅图的说法正确的是（　　）

A．甲图中，球m1以速度v正碰球m2，碰撞过程中机械能一定守恒

B．乙图说明光电效应中饱和电流小的对应的遏止电压大

C．丙图（天然放射现象）中，射线①由α粒子组成，射线②为γ射线，射线③由β粒子组成

D．丁图中，链式反应属于原子核的衰变，反应快慢不受外界压强和温度的影响

8．下列说法中正确的是________

A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量

B．汤姆生发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构

C．根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云

D．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大

9．原子核经常处于不稳定状态，经过外界干扰或自身衰变而变成新的物质，但符合一定的规律．下列说法正确的是

A．经过多次α、β衰变形成稳定的的过程中，有4个中子转变成质子

B．天然放射现象说明原子核也有复杂结构，元素衰变速度与外界的温度和压力有关

C．核泄漏事故污染物Csl37能够产生对入体有害的辐射，其核反应方程式为＋X，可以判断X为电子

D．是α衰变反应

10．2019年4月23日，海军建军70周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇093改进型攻击核潜艇公开亮相．核潜艇是以核反应堆作动力源．关于核反应，下列说法正确的是（　　）

A．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子

B．核反应方程属于聚变，是核潜艇的动力原理

C．核反应方程属于裂变，是原子弹裂变反应原理

D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和

11．一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是（     ）

A．核反应方程中，X粒子是α粒子

B．核反应方程中，X粒子是质子

C．、和相比，核的比结合能最大，它最稳定

D．、和相比， 核的核子数最多，它的结合能最大

12．常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部持续不断的核反应释放出的核能，其典型的核反应方程是，释放出的能量为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）

A．该核反应属于裂变反应

B．方程中X为电子

C．核裂变比核聚变更为安全，清洁

D．该核反应过程的质量亏损为

13．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为H＋C→7N＋Q1； H＋N→C＋X＋Q2；方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是

A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1

C．X是He，Q2<Q1 D．X是He，Q2<Q1

14．物理学重视逻辑推理，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是（　　）

A．天然放射现象说明原子内部是有结构的

B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

C．粒子散射实验的实验结果是原子核式结构模型的有力证据

D．经典电磁理论可以解释原子的稳定性，但不能解释原子光谱的分立性

15．最近日本计划向太平洋中倾倒核废水的消息在世界上引起一片哗然，因为核废水中含有对人类和海洋生物有害的放射性同位素氚、碳-14及其它放射性物质。下列有关说法中正确的是（　　）

A．当一种放射性元素与其他元素形成化合物后，这种元素的半衰期会改变

B．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定等于两个轻核的质量和

C．衰变中释放的射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流

D．铀核（）经过4次衰变和2次衰变，将会衰变为氡核（）

二、填空题（共4题）

16．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程__________，并计算1g氢核完成这个反应后释放出________能量（1 g氢核即1 mol所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个）。

17．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．

18．能源危机是一个全球性的共同问题。科学家们正在积极探索核能的开发与和平利用，其中可控热核反应向人类展示了诱人的前景。热核反应比相同数量的核子发生裂变反应释放的能量要大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用于热核反应的氘（）在海水中的总含量非常丰富，所以一旦可控热核反应能够达到实用，便可解决人类所面临的能源危机问题。

(1)热核反应中的一种反应是1个氘核和1个氚核（）聚变为1个氦核（），请完成这个核反应方程式：______＋能量。

(2)若氘核的质量为2.0141u，氚核的质量为3.0161u，中子的质量为1.0087u，氮核的质量为4.0026u。其中u是原子质量单位，已知1u相当于931 MeV的能量。则上述核反应过程中释放的能量为______MeV。（保留三位有效数字）

19．（1）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是核电站常用的核燃料.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“小于”）它的临界体积.

（2）取质子的质量，中子的质量，粒子的质量，光速. 请计算粒子的结合能.（计算结果保留两位有效数字）_______

三、综合题（共4题）

20．什么是核聚变？核聚变过程中的能量转化有什么特点？

21．中科院等离子物理研究所设计并制造的世界上首个“人造太阳”实验装置大部件已安装完毕．若在此装置中发生核反应的方程是已知、核的比结合能分别为EH＝1.11MeV、EHe＝7.07MeV，试求此核反应过程中释放的核能．

22．1996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）

23．太阳不断地向外辐射能量，太阳内部存在大量氢，在超高温作用下，氢原子被电离，互相碰撞能使4个氢核聚变成一个氦核，同时放出大量能量.已知质子质量，粒子质量，正电子质量.

（1）写出这个核反应方程式，

（2）核反应中释放的能量为多少兆电子伏?

（3）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?

参考答案：

1．B

2．A

3．D

4．A

5．C

6．D

7．C

8．A

9．C

10．C

11．D

12．D

13．B

14．C

15．D

16．         

17．     10     大于

18．          17.6

19．     3     大于    

20．

在一定条件下，如超高温或高压下，让两个原子核碰撞到一起，发生原子核聚合作用，生成新的质量更重的原子核的过程，叫核聚变；核聚变虽然需要提供巨大的能量才能发生，但是在聚变过程中存在质量亏损，会释放出更加巨大的能量，所以聚变过程是向外释放能量的。

21．23.84MeV

22．(1)；(2)；(3)；(4)年

23．（1） （2）25.6MeV （3）kg