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 一、单项选择题 1.目前核电站利用的核反应是(　　) A.裂变,核燃料为铀 B.聚变,核燃料为铀 C.裂变,核燃料为氘 D.聚变,核燃料为氘 2.核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。反应堆中的核反应方程为U+nSrXe+1n,已知铀核的质量mU,中子的质量mn,锶(Sr)核的质量mSr,氙(Xe)核的质量mXe,光在真空中的传播速度为c。则(　　) A.Z=38,A=136 B.Z=48,A=146 C.一个U裂变时的质量亏损Δm=mU-mSr-mXe-10mn D.一个U裂变时释放的能量为(mU-mSr-mXe-10mn)c2 3.在某恒星内发生着剧烈的核反应,其中一个核反应是三个α粒子He)结合成一个碳核C),参照比结合能—质量数图像,下列说法正确的是(　　) A.该反应是原子弹爆炸的基本原理 B.按照质量守恒定律,三个氦核He)的质量之和等于一个碳核C)的质量 C.三个氦核He)的结合能之和大于一个碳核C)的结合能 D.碳核C)比氦核He)更稳定 4.下列关于核反应的说法,正确的是(　　) A.是β衰变方程,是核裂变方程 BnKr+n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程 CTh衰变为Rn,经过3次α衰变、2次β衰变 D.铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷P,同时放出一个质子 5.太阳就是一个巨大的热核反应堆,氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,不断地放出能量。太阳的总输出功率约为3.8×1026 W,太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。已知光速为3×108 m/s,估算太阳每秒失去质量的数量级为(　　) A.106 kg B.109 kg C.1012 kg D.1015 kg 6.“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是H+HHen,反应原料氘H)富存于海水中,氚H)可以用中子轰击锂核Li)得到,则关于中子轰击锂核Li)产生一个氚核H)和一个新核,下列说法正确的是(　　) A.该核反应方程为LinHe+ B.核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领,但穿透能力较弱 C.在中子轰击锂核Li)的核反应生成物中有α粒子,故该核反应属于α衰变 D.核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态,故核聚变过程不能释放出核能 7.核聚变过程可以释放大量能量。一种典型的聚变反应就是四个氢原子核(质子)结合成一个氦原子核,大约释放28 MeV的能量。根据统计物理学,热力学温度为T时,粒子的平均动能Ek=kT,其中k=1.38×10-23 J/K,叫作玻尔兹曼常量。理论计算表明,当质子的平均动能达到约7.2×105 eV时,热运动的质子容易发生结合而发生聚变反应。不考虑量子效应及相对论效应,根据以上信息结合经典理论,判断下列说法正确的是(　　) A.将氦核的核子全部分开,大约需要28 MeV的能量,氦核的比结合能约为14 MeV B.若两个质子以相同初动能E0相向运动正碰而恰好结合,则一个质子从远处以初动能2E0与另一个静止的质子发生正碰,也能恰好结合 C.若两个质子以相同初动能E0相向运动正碰而恰好结合,则一个质子从远处以初动能4E0与另一个静止的质子发生正碰,也能恰好结合 D.由以上信息可以计算出发生热核反应时的温度约为107 K量级 8.已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g·mol-1,1 u相当于931.5 MeV。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Hen B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 二、多项选择题 9.“两弹一星”精神彰显了中华民族自强不息的伟大精神。下列核反应方程中,属于研究“两弹”的基本核反应方程的是(　　) A.HeH BUhHe CHen DnrXe+1n 10.中国物理学家钱三强与何泽慧等人合作,在利用中子打击铀的实验中,观察到三分裂变和四分裂变现象,其中一种裂变反应式是Kr+n。用mU、mBa、mKr分别表示U、BaKr核的质量,mn表示n粒子的质量,c为真空中的光速,下列说法正确的是(　　) A.该核反应过程中质量有所增加 B.链式反应能否发生跟铀原料的体积有关 C.裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能 D.该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-3mn)c2 11.铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,这类核反应定名为核裂变。1947年中国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或四部分,其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三。关于铀核的裂变,下列说法正确的是(　　) A.裂变的产物不是唯一的 B.裂变的同时能放出2~3个或更多个中子 C.裂变能够释放巨大能量,每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大 D.裂变物质达到一定体积(即临界体积)时,链式反应才可以持续下去 三、非选择题 12.用中子轰击铀核U),其中可能发生的一个反应是分裂成钡Ba)和氪Kr)两部分,放出3个中子。各个核和中子的质量如下:mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg,mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg。(计算结果保留2位小数) (1)写出核反应方程。 (2)求出反应中释放的核能。 (3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦,求秦山核电站一年需要消耗多少千克的裂变原料。 13.在用铀235U)做燃料的核反应堆中,铀235核吸收一个中子后,可发生裂变反应生成钡Ba)、氪Kr)和x个中子,并放出能量,其核反应方程为U+Kr+n。 (1)其中x等于多少? (2)已知中子的质量为mU核的质量为m1Ba核的质量为m2Kr核的质量为m3,真空中光速为c,一个铀235核发生上述裂变反应释放的核能为多少? 标准答案 一、单选题 1.答案:A 解析:目前的核电站利用的核反应为铀235的核裂变反应,故选项A正确。 2.答案:A 解析:由质量数与电荷数守恒得 235+1=90+A+10,92=Z+54,解得Z=38,A=136,故选项A正确,B错误;一个U裂变时的质量亏损Δm=mU-mSr-mXe-9mn,根据爱因斯坦质能方程可知,一个U裂变时释放的能量为ΔE=(mU-mSr-mXe-9mn)c2,故选项C、D错误。 3.答案:D 解析:原子弹爆炸是裂变反应,选项A错误;结合题图可知氦核He)的比结合能比碳核C)的小,所以三个氦核He)的结合能之和小于一个碳核C)的结合能,在该反应过程中存在质量亏损,放出能量,选项B、C错误;比结合能越大的原子核越稳定,所以碳核C)比氦核He)更稳定,选项D正确。 4.答案:C 解析:核反应方程放射出电子,是β衰变方程,是α衰变方程,故选项A错误。核反应方程nKr+n是核裂变方程,不是氢弹的核反应方程,是原子弹的核反应方程,故选项B错误。在α衰变的过程中,电荷数少2,质量数少4;在β衰变的过程中,电荷数多1,质量数不变。设经过了m次α衰变,则有4m=234-222=12,解得m=3;设经过了n次β衰变,则有2m-n=90-86=4,解得n=2,故选项C正确。铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷P,同时放出一种粒子,根据质量数和电荷数守恒可知,放出的粒子质量数为1,电荷数为0,该粒子为中子,故选项D错误。 5.答案:B 解析:由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2得Δm= kg=4.2×109 kg,选项A、C、D错误,B正确。 6.答案:B 解析:根据题意可知该反应的核反应方程为LieH,故选项A错误;核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领,但穿透能力较弱,故选项B正确;在中子轰击锂核Li)的核反应生成物中有α粒子,故该核反应属于人工核转变,故选项C错误;核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态,但是核聚变过程能释放出核能,故选项D错误。 7.答案:C 解析:由题意可知,将氦核的核子全部分开,大约需要28 MeV的能量,则氦核的比结合能约为E= MeV=7 MeV,故选项A错误;若两个质子以相同初动能E0相向运动正碰而恰好结合,由动量和能量守恒可知,质子结合能为2E0,则一个质子从远处以初动能4E0与另一个静止的质子发生正碰,也能恰好结合,故选项B错误,C正确;由题意有7.2×105×1.6×10-19 J=×1.38×10-23 J/K·T,得T=5.6×109 K,故选项D错误。 8.答案:D 解析:核反应方程式为Hen,选项A错误。氘核的比结合能比氦核的小,选项B错误。氘核与氚核发生核聚变,要使它们间的距离达到10-15 m以内,选项C错误。一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7)u=0.018 9 u,聚变反应释放的能量是ΔE=Δm·931.5 MeV=17.6 MeV,4 g氘完全参与聚变释放出能量E=×6×1023×ΔE=2.11×1025 MeV,数量级为1025 MeV,选项D正确。 二、多选题 9.答案:CD 解析:HeH是卢瑟福利用α粒子轰击氦核打出了质子实验的核反应方程,故选项A错误;hHe是α衰变,故选项B错误H+Hen是氢弹爆炸聚变反应方程,故选项C正确;nrXe+1n是原子弹爆炸裂变反应方程,故选项D正确。 10.答案:BC 解析:核裂变的过程中释放核能,根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应过程中质量有所减少,选项A错误;根据链式反应的条件可知,铀块体积必须达到临界体积,有中子通过时,才能发生链式反应,选项B正确;核裂变产物Ba属于中等质量的原子核,根据原子核的比结合能与质量数的关系可知,裂变产物Ba的比结合能大于重核U的比结合能,选项C正确;反应后生成的中子是3个,质能方程ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2,选项D错误。 11.答案:ABD 解析:因铀核也可能分裂为三部分或四部分,则裂变的产物不是唯一的,选项A正确;因裂变是链式反应,则裂变的同时能放出2~3个或更多个中子,再重新轰击铀核发生裂变,选项B正确;一次聚变反应释放的能量不一定比裂变反应多,但平均每个核子在聚变中释放的能量一定大,选项C错误;裂变物质达到一定体积(即临界体积)时,链式反应才可以持续下去,选项D正确。 三、非选择题 12.解:(1)核反应方程nKr+n。 (2)一个铀核发生反应的质量亏损 Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=mU-mBa-mKr-2mn=0.357 8×10-27 kg 一个铀核裂变释放能量为ΔE=Δmc2=0.357 8×10-27×(3×108)2 J=3.22×10-11 J。 (3)秦山核电站一年需要消耗的裂变原料的质量 m=×390.313 9×10-27 kg=2.48×103 kg。 13.解:(1)根据质量数守恒有235+1=144+89+x 解得x=3。 (2)核反应的质量亏损Δm=m1-m2-m3-2m 根据爱因斯坦质能方程可得ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m)c2。 学科网（北京）股份有限公司 $