第5章 第4节 核裂变 核聚变 第5节 粒子物理学发展概况(略)-课后达标检测-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册教用Word(教科版)

题组1　重核的裂变 1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　　) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 解析：选C。控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确。 2．(2023·陕西宝鸡期末)某核电站获得核能的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn。已知铀核的质量为m1，钡核的质量为m2，氪核的质量为m3，中子的质量为m4。下列说法正确的是(　　) A．该核电站通过核聚变获得核能 B．铀核的质子数为143 C．在上述核反应中x＝2 D．一个铀核发生上述核反应，释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2 解析：选D。该核电站通过核裂变获得核能，A错误；铀核的质子数为92，B错误；根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确。 3．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是(　　) A．铀238的衰变方程式U→Th＋He B．U和U互为同位素 C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变 D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性 解析：选D。铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误。 4．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr 的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(　　) A．U衰变是α衰变，α射线可以用来测量钢板的厚度 B．U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2 C．若提高温度，则U的半衰期将会变小 D．Y原子核中含有56个中子 解析：选B。根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为He，发生的是α衰变，α射线贯穿能力弱，不可以用来测量钢板的厚度，故A错误；由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；半衰期与环境没有关系，故C错误；根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中含有56个质子，中子数为144－56＝88个，故D错误。 题组2　核聚变及核能 5．下列核反应方程中，属于太阳内部核聚变反应方程的是(　　) A．U→Th＋He B．N＋He→O＋H C．U＋n→Ba＋Kr＋3n D．H＋H→He＋n 解析：选D。A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程。 6．D(氘)和T(氚)发生核反应会产生氦核，核反应方程是H＋H→He＋X。关于该核反应下列说法正确的是(　　) A．该反应为α衰变 B．方程中的X是卢瑟福发现的 C．H的比结合能比He的大 D．反应后核子的平均质量减小 解析：选D。该反应为聚变反应，不是α衰变，A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，方程中的X表示中子n，是查德威克发现的，B错误；聚变反应释放能量，有质量亏损，反应后核子的平均质量减小，H的比结合能比He的小，C错误，D正确。 7．(2023·山东青岛期末)关于核反应的知识，下列说法正确的是(　　) A．Rn→Po＋X，X是α粒子 B．He＋Al→P＋n是聚变方程 C．一个静止的硒核发生衰变Se→Kr＋2e，反应前后质量守恒 D．核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是太阳中主要进行的热核反应之一 解析：选A。由质量数和电荷数守恒知，X为He即α粒子，故A正确；He＋Al→P＋n为人工转变，故B错误；由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误。 8．(2024·江苏南通期中)我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核(Mg)放出两个质子后变成氖核(Ne)，同时放出γ射线，核反应方程为：Mg→Ne＋2H。下列说法错误的是(　　) A．Z＝10，A＝20 B．γ射线具有很强的穿透本领 C．该反应属于核裂变 D．该反应一定释放能量 解析：选C。根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知Z＝12－2×1＝10，A＝22－2×1＝20，故A正确，不符合题意；γ射线具有很强的穿透本领，故B正确，不符合题意；核裂变是在中子的轰击下一个重的原子核分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出多个中子，该反应不属于核裂变，故C错误，符合题意；该反应存在质量亏损，一定释放能量，故D正确，不符合题意。 9．科学家发现在月球上含有丰富的He，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程式为He＋He→2H＋He。关于He聚变下列表述正确的是(　　) A．核聚变反应遵循能量守恒定律，不对外释放能量 B．核聚变反应产生了新的原子核 C．核聚变反应没有质量亏损 D．目前大部分核电站都采用He聚变反应来发电 解析：选B。轻核聚变释放出巨大的结合能，原子核出现明显的质量亏损，根据爱因斯坦的质能关系式E＝mc2可知，这释放的巨大的能量是亏损的这块质量转化而来，所以核聚变反应前后质量不守恒，因为质量转化的这部分能量不再以质量的形式存在了，故A、C错误；核聚变是指由质量轻的原子(主要是指氢的同位素氘和氚)在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成新的较重的原子核(氦)，并释放出巨大的能量，同时也可由核聚变反应方程式知产生了新的原子核，故B正确；由于核聚变的链式反应难以控制，目前的技术无法解决这一问题，核聚变核电站处于实验阶段，目前大部分核电站还是通过核裂变发电，故D错误。 10．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。 (1)若1 g氢完全聚变，能释放多少焦能量？ (2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值q＝3.36×107 J/kg，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为 0.000 549 u，质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV，阿伏伽德罗常量取6.02×1023 mol－1，结果均保留3位有效数字) 解析：(1)核反应方程为4H→He＋2e 所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u 根据质能方程有ΔE＝Δmc2＝0.029 961×931.5 MeV≈27.91 MeV≈4.47×10－12 J 1 g氢完全聚变释放的能量E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J≈6.73×1011 J。 (2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量m＝ kg≈2.00×104 kg。 答案：(1)6.73×1011 J　(2)2.00×104 kg 11. U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV的能量。现要建设发电能力是 50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？(阿伏伽德罗常量取6.02×1023 mol－1) 解析：核电站每一天的发电量E＝Pt＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J。 据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数 n＝ ＝(个)＝1.35×1024(个) 故发电站每一天需要的纯铀235的质量 m＝·M＝×235×10－3 kg≈0.527 kg。 答案：0.527 kg 学科网（北京）股份有限公司 $