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

第4节 核裂变与核聚变 课时对点练 基础对点练 一、选择题: 考点一　重核的裂变及链式反应 1．目前核电站获取核能的基本核反应方程可能是(　　) A.U→Th＋He B.U＋n→Sr＋Xe＋10n C.Na→Mg＋e D.N＋He→O＋H 2．中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献．下列有关核反应的说法错误的是(　　) A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损 C.U＋n→Xe＋Sr＋dn式中d＝2 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 3.作为我国核电走向世界的“国家名片”，华龙一号(如图)是当前核电市场上接受度最高的三代核电机型之一，是我国核电创新发展的重大标志性成果，其国内外示范工程按期成功的建设，对我国实现由核电大国向核电强国的跨越具有重要意义．已知发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法： ①U原子核中有92个质子，143个中子； ②U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为：U＋n→Sr＋Xe＋2n； ③U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短； ④一个U裂变能放出200 MeV的能量，相当于3.2×10－11 J. 以上说法中完全正确的是(　　) A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 4．(多选)当一个铀核裂变时，它所产生的两个核(　　) A．含有的总质子数比裂变前铀核的质子数少 B．含有的总中子数比裂变前铀核的中子数少 C．比结合能比裂变前铀核的比结合能小 D．可能是多种形式的两个核的组合 考点二　核电站 5．核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是(　　) A．燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B．燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C．燃料、调速剂、碰撞系统和热系统 D．燃料、中子源、原子能聚存和输送系统 6．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，以控制中子数 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 考点三　核聚变 7．月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(He)”的化学元素，可作为发电燃料．即利用氘和氦3发生的核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量，进行发电．关于“氦3”与氘核聚变反应，下列说法中正确的是(　　) A．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 B．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应 C．生成的新核是He D．核聚变反应需要的条件是氦3的体积足够大 8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法中正确的是(　　) A．这个反应的核反应方程是H＋H→He＋n＋γ B．这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应 C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2 D．辐射出的γ光子的波长λ＝ 9．太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子．已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mp，电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，N为阿伏加德罗常数．在这种核反应中1 000 g的氢核聚变所放出的能量为(　　) A．1 000(4mp＋mα＋2me)Nc2 B．1 000(mα＋2me－4mp)Nc2 C．250(mα＋2me－4mp)Nc2 D．250(4mp－mα－2me)Nc2 10．(多选)核聚变能释放大量的核能，一种核聚变的反应方程为H＋H→X＋n＋E，关于该方程，下列说法正确的是(　　) A．X射线的电离本领比γ射线强 B．X核的比结合能小于氘核的比结合能 C．X核子与中子的质量之和大于氘、氚两核子的质量之和 D．该核反应需要巨大的能量克服氘、氚核子间的库仑斥力 能力综合练 一、选择题: 11．我国自主研制新一代“人造太阳”，“中国环流器二号M”装置首次成功放电，标志我国核物理发展取得重大突破．“人造太阳”中的核反应方程为：H＋H→He＋X.下列说法正确的是(　　) A．该核反应是核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能进行 B．该核反应是核裂变反应，核反应方程式中的X是中子 C．人造太阳释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．核反应表明，原子核越重，比结合能越大 二、计算题： 12．用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：(计算结果保留两位小数) 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. (1)试写出核反应方程； (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．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能． (1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核(H)聚变生成1个氦核(He)和2个正电子．请你写出此核反应方程； (2)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了．有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略．请你通过计算说明这种观点的合理性．可能用到的数据：光速为c＝3×108 m/s，太阳的质量约为M0＝2×1030 kg，太阳辐射的总功率为P0＝4×1026 W,1年≈3×107 s. 参考答案： 1.答案　B解析　现在的核电站用的是裂变反应获取能量，A是α衰变，故A错误；B是裂变反应，故B正确；C是β衰变，故C错误；D是发现质子的反应，故D错误． 2.答案　D解析　目前核潜艇是利用重核裂变释放的核能提供动力，故A正确．根据质能方程可知，重核裂变反应前后一定有质量亏损，故B正确．根据质量数与电荷数守恒可知，U＋n→Xe＋Sr＋dn，式中d＝2，故C正确；铀核裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，故D错误． 3.答案　D解析　由U的质量数和电荷数关系可知，U原子核中有92个质子，143个中子，①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知，②正确；半衰期不受外界因素影响，③错误；通过计算知：200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，④正确．故选D. 4.答案　BD解析　铀核裂变反应中，铀核吸收一个中子而释放出几个中子，与铀核相比，两个新核的总质子数没有发生变化，而总中子数减少，A错误，B正确；裂变发生质量亏损，释放能量，产物的比结合能更大，在铀核裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确． 5.答案　A解析　核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，故A正确，B、C、D错误． 6.答案　C解析　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，可控制中子的数目，以达到控制核反应速度的目的，C正确． 7.答案　C解析　释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，A错误；目前核聚变反应无法有效的控制，核电站利用的是重核裂变，B错误；核反应方程为H＋He→H＋He，生成的新核是He，C正确；轻核聚变在高温、高压下才可以发生，重核裂变才要求裂变物质体积达到临界体积，D错误． 8.答案　A解析　核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故A正确；该反应为聚变反应，故B错误；聚变反应中亏损的质量转化为能量，以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C错误；根据E＝得光子的波长为λ＝，故D错误． 9.答案　D解析　4个氢核聚变的质量亏损Δm＝(4mp－mα－2me) 根据质能方程，核聚变释放的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c2 1 000 g氢核的个数为n＝N＝1 000N 1 000 g氢核聚变放出的能量E＝ΔE＝250(4mp－mα－2me)Nc2，故选D. 10.答案　AD解析　由核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒，可知X是α粒子，其射线是α射线，电离本领比γ射线强，选项A正确；比结合能越大，原子核越稳定，X的比结合能大于氘核的比结合能，选项B错误；由于核聚变时释放能量，质量亏损，所以X核子与中子的质量之和小于氘、氚两核子的质量之和，选项C错误；要使该核反应发生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之间的库仑斥力，通常需要把它们加热到很高的温度，选项D正确． 11.答案　C解析　由质量数守恒和电荷数守恒可得H＋H→He＋n，即X为中子；该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，反应过程中会释放更大的能量，故A、B错误；核聚变释放的能量可用质能方程ΔE＝Δmc2进行计算，故C正确；中等质量的原子核比结合能较大，故D错误． 12.答案　(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)3.22×10－11 J　(3)2.48×103 kg 解析　(1)核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)一个铀核发生反应的质量亏损 Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn ＝390.313 9×10－27 kg－234.001 6×10－27 kg－152.604 7×10－27 kg－2×1.674 9×10－27 kg＝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裂变原料 m＝×390.313 9×10－27 kg≈2.48×103 kg. 13.答案　(1)4H→He＋2e　(2)见解析 解析　(1)由质量数和电荷数守恒得4H→He＋2e (2)50亿年太阳辐射的总能量为ΔE＝P0t 根据ΔE＝Δmc2可知，50亿年太阳损失的总质量为Δm＝ 损失的总质量与太阳质量之比≈0.03% 所以这种说法合理． 学科网（北京）股份有限公司 $