第四节 裂变与聚变-2024-2025学年高二下学期物理专项训练

第四节 裂变与聚变 需要掌握的内容 1.人工核转变 卢瑟福发现质子： 查德威克发现中子： 2.重核裂变 此反应又叫链式反应，反应前提要达到临界体积，体积不够不发生反应。反应会释放大量核能，是原子弹以及核电站的重要原理，通过控制中子个数就可以控制反应的快与慢。 3.轻核聚变 此反应又叫热核反应，反应需要巨大的能量，反应也会释放大量核能，是太阳以及氢弹的重要原理。 4.结合能 核子结合时释放的能量，结合能越放越大，通常核子数越大结合能越大。反应释放的核能等于反应前的结合能减反应后的结合能。 5.比结合能 生成物比反应物更稳定，生成物的比结合能大于反应物的比结合能，所以比结合能越大越稳定。根据比结合能与核子数的图像可得铁Fe的比结合能最大，平均核子质量最小。 经典习题 单选题1．下列说法正确的是（  ） A．英国物理学家卢瑟福通过粒子散射实验发现质子 B．法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，天然放射现象说明原子内部有结构 C．法国物理学家德布罗意用晶体做了电子束衍射的实验，得到衍射图样，从而证实了电子的波动性 D．我国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂成三部分或四部分，这一研究成果得到了广泛的认可和赞誉 单选题2．质子、中子和氘核的质量分别为、和，一个质子和一个中子结合成氘核时，若放出的能量全部转变为一个光子的能量，已知普朗克常量为，真空中的光速为，则放出的光子的频率为（    ） A． B． C． D． 多选题3．下列关于课本中四幅插图的相关描述，符合实际情况的是（　　）      A．图甲中玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里首先发现天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构； B．图乙表示的是核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应 C．图丙表示的是反应堆示意图，图中镉棒的作用是使快中子变成慢中子，从而影响链式反应速度 D．图丁表示的是原子核的比结合能，U核的结合能大于Kr核的结合能 单选题4．新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型，铀核裂变的核反应方程为，裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”，下列说法正确的是（　　） A．从铀核裂变的核反应方程看，“传染系数”为2 B．核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数” C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3 D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关 单选题5．下列关于核反应方程及其表述正确的是（　　） A． 为重核裂变反应 B．为原子核的衰变 C．为轻核聚变反应 D．为原子核的人工转变 单选题6．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图1：光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．图2：铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应 C．图3：氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的 D．图4：卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子核均匀分布在原子内的结构模型 多选题7．2019年4月22日，中国环流器二号M聚变实验装置开始组装，并计划在2020年投入使用，该装置主要用于研究和平利用核聚变。现已知氘、氚的核聚变方程式为，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，核反应中放出了光子。对此方程式有（　　） A．核聚变反应释放的能量为（m1+m2-m3-m4）c2 B．光子来源于核外电子的能级跃迁 C．反应前的总结合能小于反应后的总结合能 D．方程式中的A=3 单选题8．下列关于核反应方程及其表述均正确的是（    ） A．为重核裂变反应 B．为重核裂变反应 C．为轻核聚变反应 D．为原子核的人工转变 单选题9．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有（　　）    A．核的结合能约为 B．核比核的比结合能大，所以核更不稳定 C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的比结合能比核中的大 多选题10．关于近代物理学的结论中，下面叙述中正确的是（  ） A．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固 B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C．一个氘核(H)与一个氚核(H)聚变生成一个氦核(He)的同时，放出一个中子 D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2 单选题11．关于原子结构、原子核的组成与性质的认识，下列说法正确的是（　　） A．（钍核）经过6次衰变和4次衰变后变成 B．太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的重核裂变 C．比结合能越小的原子核越稳定 D．的半衰期为5天，经过15天后，发生衰变的的质量为 多选题12．下列说法错误的是（　　） A．实物粒子不可能表现出波动性 B．通过粒子散射实验可以估计原子核半径的数量级是 C．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍 多选题13．两个氘核以相等的动能对心碰撞发生核聚变。核反应方程为，其中氘核的比结合能为，氦核的比结合能为。假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（    ） A．核反应后氦核与中子的动量相同 B．该核反应释放的核能 C．核反应后氦核的动能为 D．氦核的比结合能为 多选题14．基于下列四幅图的叙述正确的是________． A．由甲图可知，黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 B．由乙图可知，a光光子的频率高于b光光子的频率 C．由丙图可知，该种元素的原子核每经过7.6天就有发生衰变 D．由丁图可知，中等大小的核的比结合能量大，这些核最稳定 单选题15．下列关于原子物理知识的表述正确的是（　　） A．是衰变 B．裂变产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大 C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子是可以再分的 D．放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态有关 单选题16．关于下列核反应说法正确的是（　　） A．，此反应放出能量，所以结合能降低 B．，此反应是核聚变，X是质子 C．，此反应是核裂变，质量亏损，放出能量 D．，此反应是α衰变，4个原子核经过两个半衰期后还剩一个原子核 单选题17．轻核聚变的一个核反应方程为：，若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　） A．和在常温下就能够发生聚变 B．X是质子 C．这个反应释放的核能为 D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的 18．某次核反应中，变成和，同时释放出若干中子。的平均结合能约为7.6MeV，的平均结合能约为8.4MeV，的平均结合能约为8.7MeV。 (1)把分解成核子时，要吸收多少能量； (2)使相应的核子分别结合成和时，要释放出多少能量； (3)在这个核反应中是吸收能量还是释放能量；这个能量大约是多少。 19．1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核产生氧并发现了一种新的粒子。已知氮核质量为，氧核的质量为，粒子质量为，新粒子的质量为。（已知：相当于，结果保留2位有效数字）求： (1)写出发现新粒子的核反应方程； (2)核反应过程中是吸收还是释放能量，并求此能量的大小； (3)粒子以的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核，反应生成的氧核和新的粒子同方向运动，且速度大小之比为，求氧核的速度大小。 20．氘核和氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋n，已知H的比结合能是2.78MeV，H的比结合能是1.09MeV，He的比结合能是7.03MeV，则该核反应释放的核能为多少？ 答案 1．D 【详解】A．英国物理学家卢瑟福通过粒子轰击氮原子核发现质子，故A错误； B．法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，天然放射现象说明原子核内部有结构，故B错误； C．德布罗意波提出来各种粒子都具有波动性，戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，从而证实了电子的波动性，故C错误； D．我国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂成三部分或四部分，这一研究成果得到了广泛的认可和赞誉，故D正确。 故选D。 2．B 【详解】一个质子和一个中子结合成氘核时的质量亏损， 聚变时释放的能量，即光子获得的能量为， ∵，∴光子的频率，故B正确，ACD错误． 故选：B 点睛：根据题意求出一个质子和一个中子结合成氘核时的质量亏损，然后由质能方程求出聚变时释放的能量，最后根据爱因斯坦的光子说求出光子的频率． 3．BD 【详解】A．贝克勒尔首先发现天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，故A错误； B．图乙表示的是核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，故B正确； C．图丙表示的是反应堆示意图，图中镉棒的作用是吸收中子，从而影响链式反应速度，故C错误； D．图丁表示的是原子核的比结合能，U核的原子序数大于Kr核的原子序数，U核的结合能大于Kr核的结合能，故D正确。 故选BD。 4．B 【详解】A．中子的电荷数 Z=0 质量数 A=1 核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，因此可计算得 R=3 即从铀核裂变的核反应方程看“传染系数”为3，选项A错误； B．核反应堆中通过镉棒吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，选项B正确； C．在链式反应中，当实际“传染系数”R≥1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R<1时，反应将趋于停滞，即R=1是链式反应持续下去的临界值，选项C错误； D．核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”选项故D错误。 故选B。 5．C 【详解】A．铀核的裂变需要吸收一个慢中子，在核反应方程中，等号两侧的中子不能约掉，故A错误； B．聚变是质量较轻的核聚变为质量较大的核，为轻核聚变反应，故B错误； C．聚变是质量较轻的核聚变为质量较大的核，该核反应为为轻孩聚变反应，故C正确； D．为发现质子的原子核的人工转变，选项中核反应的质量数不守恒，故D错误。 故选C。 6．B 【详解】A．图1的光电效应中，由爱因斯坦的光电效应方程可知 变换可得 故光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系，但不成正比，A错误； B．图2中，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，形成链式反应，B正确； C．图3中：氢原子能级是分立的，原子发射光子的频率也是不连续的，即原子发光只能发出某个能级差对应的能量而形成的光子，C错误； D．图4中，卢瑟福通过α粒子散射实验，提出的是原子的核式结构模型，D错误。 故选B。 7．AC 【详解】A．核聚变反应的质量亏损为 ∆m＝m1+m2-m3-m4 根据∆E=mc2可知释放的能量为 E=（m1+m2-m3-m4）c2 选项A正确； B．γ光子来源于原子核受激产生的能量，选项B错误； C．由于核聚变的过程中释放能量，则反应前的总结合能小于反应后的总结合能，选项C正确； D．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程式中的A=4，选项D错误。 故选AC。 8．C 【详解】A．重核裂变反应方程为 A错误； B．为衰变，B错误； C．为轻核聚变反应，C正确； D．原子核的人工转变方程为 D错误。 故选C。 9．C 【详解】A．由图知核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为 4×7 MeV =28 MeV 故A错误； B．核比核的比结合能大，所以核比核更稳定，故B错误； C．两个核结合成核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量，故C正确； D．由图知核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误。 故选C。 10．BCD 【分析】考查比结合能，质量亏损。 【详解】A．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A错误； B．β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，不是原子中的核外电子，故B正确； C．根据电荷数守恒和质量数守恒，一个氘核(H)与一个氚核(H)聚变生成一个氦核(He)的同时，放出一个中子，故C正确； D．质子和中子结合成一个α粒子，质量亏损： Δm＝2m1＋2m2－m3 由质能方程可知，释放的能量： ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2 故D正确。 故选BCD。 11．A 【详解】A．（钍核）变成质量数减少24，衰变的次数为 衰变的次数为 故A正确； B．太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的轻核聚变，故B错误； C．比结合能越大的原子核越稳定，故C错误； D．的半衰期为5天，经过15天后，没有发生衰变的的质量为，故D错误。 故选A。 12．AB 【详解】A. 任何一个运动着的物体，小到电子、质子大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。所以，运动的实物粒子也会表现出波动性，故A错误； B. 通过粒子散射实验可以估计原子核半径的数量级是，故B错误； C. 根据分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核的结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子时所需的最小能量，故C正确； D. 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，即黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍，故D正确。 本题选择错误的，故选AB。 13．BC 【详解】A．两个氘核以相等的动能对心碰撞，根据动量守恒定律知，反应前的总动量为零，则反应后总动量为零，即氦核和中子的动量大小相等，方向相反，故A错误； B．由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为： 故B正确； C．反应后氦核和中子的总动能来自释放的核能以及反应前氘核的总动能之和，则反应后氦核和中子的总动能为 根据动量守恒知，氦核和中子的动量大小相等，方向相反，由 知氦核和中子的动能之比为1：3，则核反应后氦核的动能 故C正确； D．比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以氦核的比结合能不为，故D错误。 故选BC。 14．AD 【分析】考查黑体辐射、光电效应、原子核衰变、比结合能。 【详解】A．由甲图观察可知黑体温度升高时，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确． B．由乙图可知，光光子的频率低于于光光子的频率，故B错误． C．由丙图可知，该种元素的原子核每经过7.6天就有发生衰变，故C错误． D．由丁图可知，质量数为40的原子的比结合能最大，即中等大小的核的比结合能量大，这些核最稳定，故D正确． 故选AD。 15．B 【详解】A．是β衰变，故A错误； B．裂变生成中等大小的原子核，则产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大，故B正确； C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子核是可以再分的，故C错误； D．放射性元素衰变的快慢跟原子核自身性质有关，与原子所处的化学状态无关，故D错误。 故选B。 16．C 【详解】A．是核聚变，此反应放出能量，所以结合能变大，故A错误； B．此反应是原子核的人工转化，X是质子，故B错误； C．此反应是核裂变，质量亏损，放出能量，故C正确； D．此反应是α衰变，半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的放射性原子没有意义，故D错误。 故选C。 17．C 【详解】A．和只有在高温下才能发生聚变反应，A错误； B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X质量数是1，电荷数是0，因此是中子，B错误； C．这个反应亏损的质量为 根据质能方程可知，这个反应释放的核能 C正确； D．我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的，D错误。 故选C。 18．(1)；(2)，；(3)释放能量， 【详解】(1)把分解成核子时，要吸收的能量为 (2)使相应的核子结合成要释放的能量为 使相应的核子结合成要释放的能量为 (3)这个核反应放出的能量为 故会释放能量。 19．(1)；(2)吸收，；(3) 【详解】(1)发现新粒子的核反应方程式为 (2)核反应中质量亏损量 故这一核反应过程中是吸收能量，吸收的能量为。 (3)由动量守恒得 解得 20．17.6MeV 【详解】聚变反应前的总结合能为 E1=（1.09×2＋2.78×3）MeV=10.52MeV 反应后生成物的结合能为 E2=7.03×4MeV=28.12MeV 故反应放出的核能为 ΔE=E2－E1=17.6MeV 学科网（北京）股份有限公司 $$