课时精练(16) 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版2019）

课时精练(十六)　核裂变和核聚变　核能的利用与环境保护 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) [基础达标] 1．(2023·福建泉州质检)2020年7月27日，国家重大科技专项华能石岛湾核电项目正式进入全面调试阶段，这座核电站由于采用了结构独特的高温气冷堆技术，其安全性与热效率达到前所未有的高度。该核电站产生的能量来源于(　　) A．轻核聚变 B．重核裂变 C．α衰变 D．人工核转变 B　[目前核电站是利用原子核裂变产生的能量来发电的，故A、C、D错误，B正确。] 2．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等。在下列核反应中，属于核裂变反应的是(　　) A．B＋n→Li＋He B．U→Th＋He C．N＋He→O＋H D．U＋n→Ba＋Kr＋3n D　[由链式反应特点知：反应过程中由一个中子引发裂变，放出2～3个中子促成链式反应，故D正确。] 3．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是(　　) A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D．自然界中不存在天然的热核反应 ABC　[聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明，原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量，氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的，B、C正确；在太阳和许多恒星内部存在着热核反应，D错误。] 4．利用核聚变能发电是人类开发和利用新能源的不懈追求。目前中、美、俄等多国通力合作联合研制可控核聚变反应堆来解决人类能源危机。关于核聚变下列说法正确的是(　　) A．H＋He→O＋H表示的核反应是核聚变 B．H＋H→He＋n表示的核反应不是核聚变 C．原子弹是利用核聚变反应制成的 D．太阳能是核聚变产生的 D　[A项中的核反应为发现质子的方程，不是轻核聚变，故A错误；B项中表示核聚变，故B错误；原子弹是利用核裂变反应制成的，故C错误；太阳能是核聚变产生的，也称为热核反应，故D正确。] 5．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近(　　) A．1036 kg B．109 kg C．1013 kg D．1018 kg B　[根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝ kg≈×109 kg，故太阳每秒钟减少的质量最接近109 kg，故B正确。] 6．(多选)(2020·全国Ⅰ卷)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　) A．H＋H―→n＋X1 B．H＋H―→n＋X2 C．U＋n―→Ba＋Kr＋3X3 D．n＋Li―→H＋X4 BD　[α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒可判断：A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He，故选项B、D正确，A、C错误。] 7．(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　　) A．U原子核中有92个质子，143个中子 B．U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n―→Xe＋Sr＋2n C．U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短 D．一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J ABD　[由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D正确。] [能力提升] 8．(多选)根据《中国核电中长期发展规划》，2020年，全国核电规划装机容量达到5 800万千瓦。关于核反应和核能下列说法正确的是(　　) A．所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量 B．核反应U―→Th＋He属于α衰变 C．钚的半衰期为24 100年，8个钚原子经过24 100年后一定还剩余4个 D．裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度 BD　[不是所有的核反应都有质量亏损，例如弹性散射就没有质量亏损，而常见的核反应例如天然放射现象、核裂变、核聚变等只要存在能量的释放，那么就意味着体系发生了质量亏损，A错误；α衰变是指衰变产生α粒子，B正确；经过一个半衰期未发生衰变的质量为原来的一半，遵循统计规律，不是原子数目减为原来的一半，C错误；裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，D正确。] 9．(2023·山东泰安模拟)2019年新中国成立70周年之际，“两弹一星”元勋程开甲被授予“人民科学家”国家荣誉称号，程开甲曾参与我国第一颗原子弹的研制，在我国的核事业发展上立下累累功勋。关于核知识的叙述，下列说法正确的是(　　) A．太阳中的能量主要来源于氢核的聚变，发生聚变后产生的新核的比结合能增大 B．核电站的能量来源于重核裂变，发生裂变后产生的新核的比结合能减小 C．核聚变与核裂变相比平均每个核子放出的能量更多，现在应用也更广泛 D．原子核的结合能是指组成原子核的所有核子所具有的能量之和 A　[太阳中的能量主要来源于氢核的聚变，聚变发生的过程中释放巨大的能量，可知产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大，选项A正确；核电站的能量来源于重核裂变，重核裂变过程中释放巨大的能量，可知发生裂变后产生的新核的比结合能增大，选项B错误；核聚变与核裂变相比平均每个核子放出的能量更多，但不容易控制，目前还没有广泛应用，选项C错误；原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项D错误。] 10．(多选)已知氘核的比结合能是1. 09 MeV，氚核的比结合能是2.78 MeV，氦核的比结合能是7.03 MeV。某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是(　　) A．这是一个裂变反应 B．核反应方程式为H＋H―→He＋n C．核反应过程中释放的核能是17.6 MeV D．目前核电站都采用上述核反应发电 BC　[1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，这是两个比较轻的核转化成中等质量的核，所以属于聚变反应，A错误；根据质量数和质子数守恒，可以知道当1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核时会有一个中子生成，B正确；原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能。根据题意可知，核反应过程中释放的核能是ΔE＝(7.03×4－2.78×3－1.09×2) MeV＝17.6 MeV，C正确；目前核电站都是采用核裂变技术，D错误。] 11．聚变能是一种经济性能优越、安全可靠、环境污染较少的新能源。近几年来，受控热核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是氘核和氚核聚合成氦核，并释放一个中子。已知氘核的质量为2.014 1 u。氚核的质量为3.016 0 u，氦核的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝1.66×10－27 kg。 (1)写出氘核和氚核聚变的反应方程。 (2)试计算这个核反应释放出来的能量。 解析：　(1)H＋H→He＋n。 (2)质量亏损为Δm＝(2.014 1＋3.016 0－4.002 6－1.008 7) u＝0.018 8 u＝3.12×10－29 kg 由爱因斯坦质能方程得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.12×10－29×(3.0×108)2 J＝2.8×10－12 J。 答案：　(1)H＋H→He＋n　(2)2.8×10－12 J 12．在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速。假设减速剂的原子核质量是中子的k倍，中子与原子核的每次碰撞都可看成弹性正碰。设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求N次碰撞后中子速率与原速率的比值。 解析：　设中子和做减速剂的物质的原子核A的质量分别为mn和mA，碰撞前中子速度为vn，碰撞后中子和原子核A的速度分别为vn′和vA′。碰撞前后的总动量和总能量守恒，以碰撞前中子的速度方向为正方向，有 mnvn＝mnvn′＋mAvA′　① mnv＝mnvn′2＋mAvA′2　② 又mA＝kmn　③ 由①②③式得，经1次碰撞后中子速率与原速率之比为＝ 经N次碰撞后中子速率与原速率之比为()N。 答案：　()N 学科网（北京）股份有限公司 $$