5.4 核裂变与核聚变 同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

5.4 核裂变与核聚变 同步练习 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 一、单项选择题 1 (2025南京期中)氦元素的获得有几种途径，其中一种为H＋X→He＋Y，关于原子核X和电荷数Z，下列组合可能正确的是(　　) A. X为H，Z＝0 B. X为H，Z＝1 C. X为H，Z＝0 D. X为H，Z＝1 2 (2025南通海门期中)2025年1月20日，中国“人造太阳”EAST完成1亿摄氏度1 000 s“高质量燃烧”．这一成就不仅打破了世界纪录，更是我国核聚变能源研究领域的重大飞跃．下列核反应中属于核聚变的是(　　) A. Th→ Pa＋e B. N＋He→O＋H C. H＋H→n＋He D. U＋n→Xe＋Sr＋2n 3 (2025常州模拟预测)如图所示为核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，其反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，用重水做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，则下列说法正确的是(　　) A. 铀核的比结合能比钡核的小 B. 该反应为热核反应 C. 中子与氘核碰后可原速反弹 D. 镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 4 (2023徐州期末)如图所示为氘核与氚核的核聚变示意图．下列说法正确的是(　　) A. 目前核电站主要利用核聚变来发电 B. 与轻核聚变相比，重核裂变更安全更清洁 C. 要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，需要给它们提供足够的动能 D. 要使核聚变持续发生，需要外界持续不断地提供能量 5 (2025扬州阶段测试)“氦燃烧”是恒星内部发生的一种热核反应，反应过程中会释放大量能量，其核反应方程为He＋He→X，已知X是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的(　　) A. 核反应的过程中质量数守恒，可知A＝8 B. X的衰变速度会随着温度的升高而加快 C. 经过两个半衰期，剩下的X粒子占开始时的 D. “氦燃烧”的核反应是聚变反应，反应过程中没有质量亏损 6 (2025盐城阶段测试)1967年我国第一颗氢弹成功爆炸，氢弹爆炸的核反应方程为H＋H→He＋X，下列说法中正确的是(　　) A. X粒子为中子 B. 该核反应为裂变反应 C. 该核反应为α衰变 D. He的比结合能小于H的比结合能 7 (2025南京期中)已知氘核质量为m1，氚核质量为m2，氦核质量为m3，中子质量为m4.关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　) A. 核反应方程式为H＋H―→He＋n B. 氘核的比结合能比氦核的小 C. 氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D. 该核反应释放的核能是(m3＋m4－m1－m2)c2 二、解答题 8 (2024南通海门期中)核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控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由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子，若已知氘原子的质量为2.014 1u，氚原子的质量为3.016 0u，氦原子质量为4.002 6u，中子的质量为1.008 7u，1u＝1.66×10-27 kg. (1) 写出氘和氚聚合的反应方程； (2) 试计算这个核反应释放出来的能量． 9 某次核反应中，U变成Xe和Sr，同时释放出若干中子．U的平均结合能约为7.6 MeV，Xe的平均结合能约为8.4 MeV，Sr的平均结合能约为8.7 MeV. (1) 把U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Xe和Sr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？ 10 在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速．碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的． (1)设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少？ (2)至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0? 1. C　根据核反应前后质量数守恒可知，X核的质量数为3，A、B错误；若X为H，根据电荷数守恒可知，Z＝1＋1－2＝0，C正确，D错误． 2. C　核聚变是指两个或多个轻核合并成一个较重的核的过程，释放出大量能量．选项C中，氘和氚发生反应生成氦和中子，符合核聚变的定义．其他A选项为β衰变，B选项为原子核的人工转变方程；D选项属于重核裂变．故C正确． 3. A　比结合能越大，原子核越稳定，反应后的钡核比反应前的铀核更稳定，所以铀核的比结合能比钡核的小，故A正确；该反应为重核裂变反应，故B错误；碰撞为弹性正碰，且碰撞前氘核是静止的，由于碰后氘核具有一定的动能，根据能量守恒可知，碰后中子的动能一定减小，则中子与氘核碰后不可能原速反弹，故C错误；镉棒插入深一些，更多的中子被吸收，可减小链式反应的速度，故D错误． 4. C　目前核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，故A错误；轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁，废物数量少，故B错误；要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，需要给它们提供足够的动能，故C正确；核聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去，故D错误． 5. A　根据核反应的过程中质量数守恒，可知A＝8，A正确；原子核的衰变是由原子核内部自身的因素决定的，跟外界因素无关，B错误；经过两个半衰期，剩下的X粒子占开始时的()2＝，C错误； “氦燃烧”的核反应是聚变反应，聚变过程会释放大量的能量，根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2可知，有能量释放，就一定有质量亏损，D错误． 6. A　设X粒子的质量数为A，电荷数为Z，由质量数守恒和电荷数守恒有2＋3＝4＋A，1＋1＝2＋Z，解得A＝1，Z＝0，所以X粒子为中子，A正确；该核反应为聚变反应，虽然有α粒子产生，但不是α衰变，B、C错误；该核反应释放核能，所以生成核He的比结合能更大些，D错误． 7. B　根据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程式为H＋H→He＋n，故A错误；核反应过程，生产物比反应物更稳定，所以氘核的比结合能比氦核的小，故B正确；氘核与氚核的间距达到10-15 m以内才能发生核聚变，故C错误；根据质能方程可知，该核反应释放的核能是ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故D错误． 8. (1) 氘和氚聚合的反应方程为H＋H→He＋n. (2) 根据质能方程可得核反应释放出来的能量为 ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016 0－4.002 6－1.008 7)×1.66×10-27×32×1016 J＝2.8×10-12 J． 9. (1) 把U分解成核子时，要吸收的能量为E1＝235×7.6 MeV＝1 786 MeV. (2) 使相应的核子结合成Xe要释放的能量为E2＝136×8.4 MeV＝1 142.4 MeV. 使相应的核子结合成Sr要释放的能量为E3＝90×8.7 MeV＝783 MeV. (3) 这个核反应放出的能量为 E＝E2＋E3－E1＝139.4 MeV>0， 故会释放能量139.4 MeV. 10. (1)中子与原子核相碰，系统的合外力为0，动量守恒． 设中子的质量为m，碰前的速度为v0，碰后的速度为v1，碳核碰后的速度为v2. 由动量守恒得mv0＝mv1＋12mv2， 由能量守恒得 mv＝mv＋×12mv. 两式联立得v1＝－v0(v1＝v0与实际不符，舍去)，“－”表示碰撞后中子反向． 中子损失的动能为ΔE＝mv－mv＝E0. (2)中子每次与原子核相碰的情景都一样，由于每碰一次，中子的速度大小都变为碰前的 ，因此碰撞n次后，中子的速度大小变为vn＝v0， 动能变为En＝mv＝E0. 由En＝E0<10-6E0，解得至少经过42次碰撞，中子动能才能小于10-6E0. 学科网（北京）股份有限公司 $