高效作业34 4 核裂变与核聚变-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

高效作业34 [4　核裂变与核聚变] [A级　新教材落实与巩固] 1．1999年9月，日本发生严重的核泄漏事故，事故原因为工作人员在一个加工炉中投入16 kg的核燃料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏。这个标准是(　 　) A．临界体积 B．临界压强 C．临界温度 D．由一定的温度、体积和压强共同确定 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A 【解析】 原子核的体积非常小，原子的内部空隙较大，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，核反应不会产生，当铀块足够大时，就会产生核反应，能够产生核反应的铀块的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫临界质量。临界体积是核反应技术中的重要参数。若核燃料(六氟化铀)投入太多，提炼成核反应材料(二氟化铀)，就会超过临界体积，则可产生持续的铀核裂变反应，从而造成核泄漏，A正确；当铀块达不到其临界体积时，一般情况下，即便压强和温度达到一定值时，也不会产生核反应，不会产生核泄漏，B、C、D错误。 2．下列说法不正确的是(　 　) A．目前已建成的核电站的能量来自重核裂变 B．原子核内的中子转化成质子和电子，产生的电子发射到核外就是β射线 C．氢原子从激发态向基态跃迁时，电子的动能增加，电势能减少，原子总能量减少 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经7.6天后一定剩下1个原子核 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D 【解析】 目前核电站的能量来自重核裂变，故A正确；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的，故B正确；根据牛顿第二定律，结合库仑力提供向心力，当从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的动能增加，电势能减少，原子的总能量减少，故C正确；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故D错误。本题选择错误的，故选D。 【解析】 由质量数和电荷数守恒得1＋239－(90＋146)＝4，由0＋94－(38＋56)＝0，知粒子X的质子数为0，故粒子X的质量数为1，且m＝4，所以该粒子为中子，故D正确，A、B、C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 B 8．铀核裂变时，关于产生链式反应的影响因素，下列说法正确的是(　 　) A．铀块的质量是重要因素，与体积无关 B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子 C．若铀235的体积超过它的临界体积，则裂变的链式反应就能够发生 D．能否发生链式反应与铀的质量无关 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 C 【解析】 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量。裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变。铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积，则发生链式反应。由以上分析可知A、B、D三项错误，C项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A 【解析】 根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为140，电荷数为54，则中子数为86，核子数为140，故A项正确，B项错误；在裂变的过程中，有能量释放，根据爱因斯坦质能方程知，裂变后的总质量小于反应前的质量，但是质量数守恒，故C、D两项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 C 【解析】 由核反应的质量数守恒可知，生成物X的质量数为206，所以中子数为206－82＝124，A错误；裂变的过程中会释放能量，核子的平均质量会变小，B错误；β衰变的实质是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，同时释放出能量，C正确；中子不带电，无法用电磁场来加速、减速以及束缚中子，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D 18． 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u（已知1 u相当于931.5 MeV）。 (1)写出核聚变反应方程。 (2)该反应释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 感谢聆听，再见！ 3．用中子轰击Pu产生了m个某种粒子，核反应方程为n＋ Pu―→Sr＋Ba＋mX，方程中的粒子X是(　 　) A．β粒子 B．质子 C．α粒子 D．中子 4．U的α衰变方程可以表示为U―→Th＋He，U衰变成Th和He的过程中释放核能伴随着γ射线的产生，则下列说法正确的是(　 　) A．α衰变就是一种核裂变反应 B．α射线和γ射线实际都是电磁波 C．U的质量大于Th和He的质量之和 D．通过提供高温环境可以使得衰变加快以更好地利用核能 【解析】 α衰变是放射出α粒子的一种变化，而核裂变反应是一种重核分裂为两个或两个以上中等质量的原子核的情况，故A错误；α射线的本质是氦核，γ射线的本质是电磁波，故B错误；U衰变成Th和He的过程中释放核能，质量减少，所以U的质量大于Th和He的质量之和，故C正确；半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与环境的温度无关，故D错误。 5．下列方程中，属于核聚变反应且书写正确的是(　 　) A．H＋H―→He＋n B．U―→Th＋He C．U＋n―→Ba＋Kr＋3n D．He＋Al―→P＋2n 【解析】 H＋H―→He＋n是轻核聚变，故A正确；U―→ Th＋He，此核反应中反应物只有一个原子核且生成物有氦核，属于α衰变，故B错误；U＋n―→Ba＋Kr＋3n，此反应中反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生成物至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误；He＋Al―→P＋2n，此反应是用α粒子轰击铝生成了同位素磷，是人工核转变，此反应质量数不守恒，是错误的核反应方程，故D错误。 6．“玉兔号”月球车上有一种小型核能电池，以提供月球车长时间处于黑夜工作时需要的电能，核能电池中核反应方程为Pu―→Am＋X。下列说法正确的是(　 　) A．X是中子 B．X的电离能力比α粒子强 C．该核反应为重核的裂变反应 D．Am的比结合能比Pu的比结合能大 【解析】 根据质量数、电荷数守恒可知，X为电子(β粒子)，A项错误；β粒子的电离能力比α粒子弱，B项错误；该核反应是原子核的β衰变，C项错误；核反应过程有质量亏损，因此Am核子的平均质量比Pu核子的平均质量小，Am的比结合能比Pu的比结合能大，D项正确。 7．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是(　 　) A．核反应方程是H＋n―→H＋γ B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3 C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2 D．γ光子的波长λ＝ 【解析】 核反应方程是H＋n―→H＋γ，故A错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，故C错误；根据E＝＝(m1＋m2－m3)c2，得光子的波长为λ＝，故D错误。 9．一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n―→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是(　 　) A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中含有141个核子 C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加 D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 10．共和国勋章获得者于敏先生是一位伟大的核物理学家，在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题和理论问题。下列有关说法正确的是(　 　) A． 裂变比聚变产能效率高 B．核电站、氢弹都是利用了核聚变反应 C．氢弹的研制成功说明热核反应已经可控 D．氘核与氚核结合为氦核的核聚变方程是H＋H―→He＋n 【解析】 因为核裂变容易控制且发生的条件比核聚变低，所以目前的核电站主要是利用核裂变，但是核裂变的产能效率比核聚变低，A、B不符合题意；氢弹爆炸是不可控的，它的研制成功并不能说明热核反应可控，C不符合题意；氘核与氚核结合为氦核的核聚变方程是H＋H―→ He＋n，D符合题意。 [B级　素养养成与评价] 11．下列有关核反应方程的说法正确的是(　 　) A．U＋n―→Xe＋Sr＋10n是核裂变反应 B．铀核是一种常用的核燃料，若它的原子核发生如下裂变反应U＋ n―→a＋b＋2n，则a＋b可能是Ba＋Sr C．钚238的同位素打造的“核电池”为“玉兔二号”提供保暖，其核反应Pu―→U＋He属于β衰变 D．氢核聚变可以简化为4个氢核(H)聚变生成氦核(He)，并放出2个X，同时伴随着产生γ光子，则X是电子 【解析】 核反应方程U＋n―→Xe＋Sr＋10n是核裂变反应，A正确；核反应方程U＋n―→a＋b＋2n，若a＋b是Ba＋Sr，则不满足电荷数守恒，B错误；核反应方程Pu―→U＋He属于α衰变，C错误；4个氢核(H)聚变生成氦核(He)，并放出2个X，根据质量数守恒与电荷数守恒，得出X为正电子，D错误。 12．下图为普通的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n，用重水作慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核(H)每次碰撞均为弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子质量的两倍，则下列说法不正确的是(　 　) A．钡核的比结合能比铀核的大 B．若碰撞前中子的动能为E0，则经过一次弹性碰撞后中子的动能变成E0 C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线 【解析】 该核反应的过程中释放大量的能量，结合爱因斯坦质能方程可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，故A项正确，不符合题意；取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有mv0＝mv1＋2mv2，依据能量守恒定律有mv02＝mv12＋·2mv22，解得v1＝－v0，故碰撞后中子的动能为Ek1＝mv12＝E0，故B项正确，不符合题意；要使裂变反应更剧烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，故C项错误，符合题意；水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的射线，故D项正确，不符合题意。 13．关于近代物理知识，下列说法正确的是(　 　) A．核反应方程Po―→X＋He中，生成物X的中子数为128 B．铀235吸收慢中子裂变成中等质量原子核的过程中，核子的平均质量变大 C．一个中子可转化成一个质子和一个电子，同时释放出能量 D．在辐射防护中，可以用电磁场来加速、减速以及束缚中子 14．下列关于核聚变的说法正确的是(　 　) 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．聚变反应中吸收的能量大于释放的能量 D．N＋HeO＋H是聚变反应 【解析】 核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，A错误；太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，B正确；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，C错误；N＋He―→O＋H是人工转变，D错误。 15．2020年12月4日，新一代“人造太阳”中国环流器二号M装置(HL­2M)正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳核心温度的近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是H＋H―→He＋n，海水中富含反应原料氘(H)，氚核（H）可以用中子轰击锂核（Li）得到。下列说法正确的是(　 　) A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量 B．用中子轰击锂核（Li）的核反应方程为n＋Li―→H＋He C．用中子轰击锂核（Li）发生了α衰变 D．氘核（H）和氚核（H）的比结合能均比氦核（He）的比结合能大 【解析】 核反应前后核子数相等，反应过程释放能量，有质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，故A错误；由质量数和电荷数守恒可得用中子轰击锂核（Li）的核反应方程为n＋Li―→H＋He，故B正确；α衰变是自然状态下发生的，用中子轰击锂核（Li）为原子核的人工转变，故C错误；核反应方程H＋H―→He＋n中生成物氦核（He）的比结合能比反应物氘核（H）和氚核（H）的比结合能都大，故D错误。 16．下列关于原子核的叙述正确的是(　 　) A．阴极射线表明原子核内部有电子 B．轻核聚变反应方程H＋H―→He＋x，其中x表示电子 C．轻核聚变和重核裂变过程中都有质量亏损，都向外界放出能量 D．方程U―→Th＋He是重核裂变反应方程 【解析】 天然放射现象放射出的β射线是高速运动的电子流，是由原子核中的中子变成质子后产生的，故A错误；轻核聚变反应方程H＋ H―→He＋x，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，x的电荷数为0，质量数为1，所以是中子，故B错误；根据核反应的特点可知：轻核聚变和重核裂变过程中都有质量亏损，都向外界放出能量，故C正确；核反应方程U―→Th＋He，放出一个氦核，是α衰变，不是裂变，故D错误。 17．研究表明，中子（n）发生β衰变后转化成质子和电子，同时放出质量可视为0的反中微子。在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的中子发生β衰变，放出的质子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，其动能为Ek。已知中子、质子、电子的质量分别为m1、m2、m3，元电荷为e，真空中光速为c。下列说法正确的是(　 　) A．质子的动量大小为m2c B．中子衰变的核反应方程为n―→p＋e＋ C．电子和反中微子的总动能为(m2＋m3－m1)c2－Ek D．质子的圆周运动可等效成一个环形电流，其大小为 【解析】 质子的动量大小为 p＝，A错误；根据核反应过程质量数、电荷数守恒可知，中子衰变的核反应方程为n―→p＋e＋e，B错误；电子和反中微子的总动能为(m1－m2－m3)c2－Ek，C错误；质子的圆周运动可等效成一个环形电流，由洛伦兹力提供向心力，则有qvB＝m2，T＝，I＝，联立解得I＝，D正确。 【答案】 (1)H＋2n―→H　(2)6.24 MeV　(3)2.08 MeV 【解析】 (1)核聚变反应方程为H＋2n―→H。 (2)质量亏损为Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7 u， 该反应释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。 (3)平均每个核子放出的能量为E＝＝ MeV＝2.08 MeV。 $$