课时作业23 核裂变与核聚变（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

课时作业（二十三）　核裂变与核聚变 [基础达标练] 1.为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的(　　) A.铀块体积尽量制得小些 B.通过慢化剂将产生的中子减速 C.用镉棒作为慢化剂使中子减速 D.铀核裂变释放的中子直接去轰击另外的铀核 解析：选B　A．小于临界体积的铀块不可能发生链式反应，且即使大于临界条件，而核反应进行的快慢和体积无关，故A错误； B.通过慢化剂将产生的中子减速，可以减小链式反应产生的快中子数量，即可进一步减慢链式反应，故B正确； C.裂变核反应堆中，通常用慢化剂，比如重水等让快中子减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C错误； D.裂变后释放的中子为快中子，不能直接用来轰击铀核，必须用慢化剂减速，故D错误。故选B。 2.下列核反应方程中，属于裂变的是(　　) A.C→N＋e B.U＋n→I＋Y＋2n C.H＋H→He＋n D.He＋Al→P＋n 解析：选B　A．C→N＋e，同时有一个电子产生，属于β衰变，A错误； B.U＋n→I＋Y＋2n，反应方程为重核的裂变，B正确； C.H＋H→He＋n，氘与氚生成氦核，属于聚变反应，C错误； D.He＋Al→P＋n，用α粒子轰击铝原子，产生了磷原子，属于原子核的人工转变，D错误。故选B。 3.如图所示，“核反应堆”通过可控的链式反应实现核能的释放，核燃料是铀棒，在铀棒周围放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子速度减小变为慢中子。下列说法正确的是(　　) A.“慢化剂”使快中子变慢中子，慢中子更难被铀核俘获，从而减缓反应速度 B.裂变后的新核氪的比结合能小于铀核的比结合能 C.链式反应是指由重核裂变产生的电子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 D.当核反应过于缓慢时，可以适当的抽出镉棒，达到加快核反应速度的目的 解析：选D　A．中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，A错误； B.重核裂变，质量亏损，释放核能，比结合能大的原子核稳定，故新核氪的比结合能大于铀核的比结合能，B错误； C.链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，C错误； D.镉棒的作用是吸收中子，当核反应过于缓慢时，可以适当的抽出镉棒，吸收中子较少，达到加快核反应速度的目的，D正确。 故选D。 4.（多选）已知铀的某种裂变反应式U＋n→Xe＋Sr＋10n，已知中子质量1.008 7u，式中氙(Xe)的质量为135.907 2u，铀(U)235的质量235.043 9u，锶(Sr)90的质量为89.907 7u（1u相当于931.5MeV的能量），则(　　) A.式中A的值为145 B.式中Z的值为38 C.该裂变反应中质量亏损为0.150 7 kg D.该裂变反应释放总能量约为140.377 1 MeV 解析：选BD　A．根据质量数守恒，可得A＝235＋1－(90＋10×1)＝136　A错误； B.根据电荷数守恒，可得Z＝92－54＝38 B正确； C.反应中的质量亏损为Δm＝235.043 9＋1.008 7－135.907 2－89.907 7－10×1.008 7(u)＝0.150 7u C错误； D.该裂变反应释放总能量为E＝0.1507×931.5 MeV＝140.377 05 MeV≈140.377 1 MeV D正确；故选BD。 5.（多选）下列关于原子核的说法正确的是(　　) A.在太阳内部发生的典型核反应是H＋H→He＋n聚变反应 B.原子弹的反应原理是核裂变，反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C.14C的半衰期是5 730年，则100个14C经过5 730年还剩50个14C D.C的同位素C中有6个中子，14个核子 解析：选AB　A．在太阳内部发生的典型核反应是H＋H→He＋n聚变反应，选项A正确； B.原子弹的反应原理是核裂变，反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，选项B正确； C.半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适应，选项C错误； D.C的同位素C中有8个中子，6个质子，14个核子，选项D错误，选项D错误。 故选AB。 6.不同的原子核，其核子平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数的关系如图所示，下列关于原子结构和核反应的说法正确的是(　　) A.原子核D和E聚变成原子核F时，因为F的质量最大，故该核反应需要从外吸收能量 B.原子核D和E聚变成原子核F时，需要很高的温度，因此该核反应需要不断地吸收能量 C.原子核A裂变成原子核B和C时，要发生质量亏损，因此该核反应会放出核能 D.原子核B和C的核子平均质量均比A的核子平均质量小，因此原子核B、C均比A更不稳定 解析：选C　A．由图可知，D和E的核子平均质量均大于F的核子平均质量，则D和E核的质量之和大于F核质量，即D和E聚变成F过程中存在质量亏损，根据质能方程，该核反应释放能量，A错误； B.聚变反应的发生需要轻核之间到达一定的距离才能够发生，这需要很高的温度，但在发生核反应过程中，由于存在质量亏损，将释放出巨大的能量，B错误； C.由图可知，A的核子平均质量比B和C的核子平均质量均要大，则A核质量大于B和C核的质量之和，即A裂变成B和C过程中存在质量亏损，根据质能方程，该核反应释放能量，C正确； D.核子的平均质量越小，表明核的平均结合能越大，核越稳定，因此原子核B和C的核子平均质量均比A的核子平均质量小，因此原子核B、C均比A更稳定，D错误。 故选C。 7.（多选）2021年1月30日，“华龙一号”全球首堆福建福清核电5号机组投入商业运行，这是中国核电发展的重大跨越，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，成为继美国、法国、俄罗斯等国家之后真正掌握自主三代核电技术的国家。“华龙一号”运用了先进的百万千瓦级压水堆核电技术，设某核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，其中U、Ba、Kr、n的质量分别为m1、m2、m3、m4，光速为c。下列说法正确的是(　　) A.此核反应为核聚变反应 B.Ba及Kr的比结合能小于U的比结合能 C.一次核反应释放的核能为E＝(m1－m2－m3－2m4)c2 D.核燃料需达到临界体积才能发生链式反应 解析：选CD　A．“华龙一号”压水堆核电技术利用的是核裂变反应，目前核聚变技术还不成熟，没有投入商用。故A错误； B.Ba及Kr是中等质量的核，其比结合能均大于重核U的比结合能。故B错误； C.根据爱因斯坦质能方程，可知一次核反应释放的核能为E＝(m1－m2－m3－2m4)c2 故C正确； D.原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，裂变反应时，核燃料需达到临界体积才能使中子有足够大的概率打中某个铀核，才能发生持续的核反应。故D正确。 故选CD。 8.（多选）1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号机组反应堆发生爆炸，成为迄今为止世界上最严重的核泄漏事故。事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质长期影响而致命或重病，其中一种放射性元素为碘131，已知碘131的半衰期为8天。下列说法正确的是(　　) A.碘131发生β衰变的方程是I→Xe→e B.200个碘131原子核经过16天后一定还有50个未衰变 C.核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度 D.核反应堆中可能发生的链式反应是U＋n→Ba→Kr＋3n 解析：选CD　A．碘131发生β衰变的过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得发生β衰变的方程是I→Xe→eA错误； B.半衰期为大量原子统计的结果少量的不符合该规律，B错误； C.核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度，C正确； D.核电站一般用铀燃料进行核裂变反应，所以可能发生的一种反应是U＋n→Ba→Kr＋3n D正确。 故选CD。 9.（多选）近年来，我国第四代反应堆——钍基熔盐堆能源系统(TMSR)研究已取得重大突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是(　　) A.重核分裂成两个中等大小的核，核子的比结合能增大 B.铀核裂变的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋2n C.钍核Th有142个中子，核力只存在于相邻的质子之间 D.β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子 解析：选AD　A．重核裂变过程中释放能量，所以重核分裂成两个中等大小的核，核子的比结合能增大，A正确； B.铀核裂变的核反应方程为 U＋n→Ba＋Kr＋3nB错误； C.钍核Th有中子数为232－90＝142 核力只存在于相邻的核子之间，可以是质子之间，也可以是中子之间，还可以是质子和中子之间，C错误； D.β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子，D正确。 故选AD。 [能力提升练] 10.2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是(　　) A.核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能 B.可以用磁场来约束等离子体 C.尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体 D.提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力 解析：选A　A．核聚变释放的能量源于来自于原子核的质量亏损，A错误； B.带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确； C.等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确； D.提高托卡马克实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确。 本题选择错误的，故选A。 11.越来越受到人们关注的“核电宝”采用了铅基快中子反应堆技术。快中子反应堆用钚(Pu)239作燃料，在堆心燃料钚239的外围再生区里放置铀(U)238。用中子轰击钚239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀238吸收，铀238吸收一个中子变为铀239，铀239经过β衰变很快变成钚239。下列关于“核电宝”的反应方程可能正确的是(　　) A.n＋Pu→Au＋P＋5n B.Pu→Au＋P＋4n C.U＋n→U D.U→Pu＋e 解析：选A　AB.由题意知钚239为裂变，需要中子轰击，反应方程式需要电荷数质量数守恒，故A正确，B错误； CD.两反应方程式电荷数不守恒，故CD错误。故选A。 12.（多选）核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2， He的质量为m3，质子的质量为m4，真空中光速为c，则下列说法中正确的是(　　) A.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B.两个氘核聚变成一个 He所产生的另一个粒子是中子 C.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2 D.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2 解析：选BD　AB.由核反应方程2H→He＋X知X应为中子，A错误，B正确； CD.根据质能方程可知，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2 C错误，D正确；故选BD。 13.心脏起搏器使用“氚电池”供电，是利用了氚核（H）发生β衰变过程释放的能量，衰变方程为H→X＋e，已知氚核的半衰期为12.5年。氚核与其同位素氘核（H）在一定条件下可以发生反应，反应方程为H＋H→He＋n。下列说法正确的是(　　) A.新核X是氘核（H） B.氚核（H）发生β衰变时，质量和电荷数都守恒 C.若有质量为100 g的氚核，经过25年后，剩余氚核的质量为25 g D.H＋H→He＋n是核聚变方程，核电站利用该核反应获得核能 解析：选C　A．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知新核X是H，故A错误； B.氚核（H）发生β衰变时，质量数和电荷数都守恒，但质量不守恒，故B错误； C.根据m＝m0 可得m＝100×g＝25g 故C正确； D.核反应方程式H＋H→He＋n，属于核聚变（或热核反应），核电站利用核裂变获得核能，故D错误。故选C。 14.钚238是钚的同位素，半衰期为86.4年。钚238用作核电池的热源，也可用作空间核动力和飞船的电源，我国设计的“玉兔号”月球车上就应用了钚238小型核能电池。已知钚（Pu）会衰变成较稳定的镅（Am），若初始时电池中的钚（Pu）与镅（Am）的原子数量之比为4：1则下列说法正确的是(　　) A.钚（Pu）衰变成较稳定的镅（Am）的反应为β衰变 B.钚（Pu）衰变成较稳定的镅（Am）的反应为重核的裂变反应 C.钚（Pu）的比结合能比镅（Am）的比结合能大 D.经过86.4年后电池中的钚（Pu）与镅（Am）的原子数量之比为2：1 解析：选A　AB.根据质量数守恒，新核的质量数为238－238＝0 根据电荷数守恒，新核的电荷数为94－95＝－1 可知新核为电子，即β粒子，则钚（Pu）衰变成较稳定的镅（Am）的反应为β衰变，A正确，B错误； C.由于β衰变释放能量，表明镅（Am）比钚（Pu）稳定，即镅（Am）的比结合能比钚（Pu）的比结合能大，C错误； D.根据半衰期的规律有m余＝m原＝m原因每有一个钚（Pu）衰变可产生一个镅（Am），则剩余的钚（Pu）与镅（Am）的原子数量之比为2∶3，D错误。故选A。 15.若U俘获一个中子裂变成Sr和Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u 、89.9077u和135.9072u，中子的质量为1.0087u（1u＝1.6606×10-27kg，1u相当于931.50MeV）。 (1)写出上述铀核裂变的核反应方程； (2)计算反应中释放的核能。 解析：(1)根据核反应的质量数与质子数守恒可得，生产物中的中子个数为n＝235＋1－90－136＝10 则上述铀核裂变的核反应方程为 U＋n→Sr＋Xe＋10n (2)一个铀核裂变的质量亏损为 Δm＝235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087u＝0.1507u 所以反应中释放的核能为 ΔE＝Δm×931.50＝0.1507×931.50MeV＝140.37705MeV 答案：(1)U＋n→Sr＋Xe＋10n； (2)140.37705 MeV 学科网（北京）股份有限公司 $