第5章 第4节 核裂变与核聚变 第5节 “基本”粒子 课后达标检测（Word练习）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

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．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原子核中核子数144个，质子56个，中子数为144－56＝88个，故D错误。 题组2　轻核聚变及核能 5．科学家设想未来较为理想的可控核聚变反应方程为H＋B→3X，下列说法正确的是(　　) A．X为C B．该方程为α衰变方程 C．该反应质量数守恒 D．大亚湾核电站采用核聚变反应发电 解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，则X为He，故A错误，C正确；该方程为可控核聚变，故B错误；大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误。 6．核污水中主要含有的放射性元素氚(H)是氢的一种同位素。氚在自然界中有少量存在，其半衰期约为12.43年，发生衰变时生成He并放出一个带电粒子，H也可以和H发生核反应，生成一个He。下列说法正确的是(　　) A．H发生的衰变是α衰变 B．该反应存在质量亏损，所以质量数不守恒 C．100 g H存放50年后大约还剩6.25 g D．H和H发生核反应可用于制造原子弹 解析：选C。H衰变时的核反应方程为H→He＋e，故H发生的衰变是β衰变，故A错误；该反应存在质量亏损，但质量数守恒，故B错误；100 g H存放50年后大约还剩m余＝m0＝100 g×≈6.25 g，故C正确；H和H发生核反应方程为H＋H→He＋n，该反应为氢核聚变反应，可用于制作氢弹，故D错误。 7．宇宙中一些年轻炽热的恒星通过热核反应，源源不断地向外辐射能量，其中一种热核反应为H＋X→He＋C。已知X、He、C的比结合能分别为E1、E2、E3，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　) A．该反应是吸热反应 B．核反应中的X为N C．X的中子数为7 D．核反应中的质量亏损为 解析：选D。该热核反应释放大量的热，故A错误；根据电荷数和质量数守恒可知X为N，中子数为8，故B、C错误；对该热核反应，由能量守恒可得4E2＋12E3－15E1＝Δmc2，解得Δm＝，故D正确。 8．(多选)几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，其内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为3He→X，已知该反应放出的能量为E，真空中光速为c, 则(　　) A．该反应属于核聚变 B．X核中有 6个核子 C．氦核的比结合能为 D．该反应的质量亏损为 解析：选AD。根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为3He→ X，属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又核子数为质子数加上中子数，等于质量数，故A正确，B错误；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X核的比结合能不为，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，又因为该反应放出的能量为E，所以该反应的质量亏损为，故D正确。 9．核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3，则(　　) A．该核反应过程动量不守恒 B．该核反应方程中的X为n C．该核反应中释放的核能为(E1－E2－E3) D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒 解析：选B。在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；设X为X，由核电荷数守恒可知92＋0＝56＋36＋3Z，可得Z＝0，由质量数守恒得235＋1＝144＋89＋3A，解得A＝1，所以该核反应方程中的X为n，故B正确，D错误；由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能ΔE＝E2＋E3－E1，故C错误。 10．全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：U＋n→Ba＋X＋3n，其中Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是(　　) A．反应产物X的中子数为50 B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量 C．反应产物X的比结合能比U的比结合能小 D．0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的 解析：选D。根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，可知反应产物X的中子数为53，故A错误；该核反应为重核裂变反应，B错误；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，C错误；根据半衰期公式m余＝m可知，t＝3T时＝＝，所以0.5 kg的Ba原子核，经过3T后剩余的质量是开始时的，D正确。 11．钍基熔盐堆是第四代核能反应堆，具有更安全、更清洁的特点，该反应堆以钍232( Th)为核燃料。再生层钍232(Th)俘获一个中子后会变成钍233(Th)，钍233(Th)不稳定，经过多次β衰变转化成易裂变铀233(U)。下列说法正确的是(　　) A．钍232和铀233的半衰期不相同 B．β衰变中的电子是来源于原子核外的电子 C．钍232有90个中子，142个质子 D．铀233的裂变方程可能为U＋n→Ba＋Kr＋2n 解析：选A。不同原子核的半衰期不同，A正确；β衰变释放的电子来源于原子核，B错误；钍232的质子数为90，中子数为142，C错误；裂变方程应满足质子数和质量数守恒，该方程不满足，D错误。 12．(8分) 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？(元电荷的电荷量e＝1.6×10-19 C，铀235的摩尔质量为235 g/mol，阿伏加德罗常数取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核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) 故核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 13．(12分)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？(6分) (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，阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1，结果均保留3位有效数字)(6分) 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 学科网（北京）股份有限公司 $