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

核裂变与核聚变拔高练习卷 一、单选题 1．2025年6月26日，中国科学院主导的国际合作空间科学卫星“天关”成功捕捉到编号为EP240414a的一个转瞬即逝的宇宙X射线信号。X射线是原子核外电子跃迁产生的，下列说法正确的是（　　） A．核反应是α衰变 B．γ射线和X射线都是电磁波，但它们的产生机理不同 C．β射线是高速电子流，其穿透能力比α射线弱 D．在云室中，能清晰看到α、β、γ射线的径迹 【答案】B 【详解】A．α衰变是重核自发释放（α粒子）的核衰变过程，该反应是轻核聚变反应，不属于α衰变，故A错误； B．γ射线和X射线都属于电磁波，γ射线由原子核内部能级跃迁产生，X射线由原子核外内层电子跃迁产生，二者产生机理不同，故B正确； C．β射线是高速电子流，穿透能力远强于α射线，故C错误； D．γ射线电离能力极弱，在云室中几乎无法使气体电离，因此看不到γ射线的径迹，故D错误。 故选B。 2．在极端或非常不寻常的天体环境下，若存在极高的局部氘富集，可发生一种核聚变，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，下列说法正确的是（　　） A．是质子 B．反应物的总结合能小于生成物的总结合能 C．的比结合能小于的比结合能 D．一次该核反应释放的核能为4E1-3E2 【答案】B 【详解】A．核反应满足电荷数守恒、质量数守恒。左边总电荷数，总质量数 生成物电荷数为2、质量数为3，因此X的电荷数为，质量数为 X是中子，不是质子，故A错误； B．总结合能=比结合能×核子数，该核反应释放核能，说明生成物总结合能大于反应物总结合能，反应中放出的能量等于总结合能的增加量，因此反应物总结合能小于生成物总结合能，故B正确； C．轻核聚变是释放核能的反应，反应后生成的核更稳定。比结合能越大，原子核越稳定，因此生成物的比结合能​大于反应物氘的比结合能，故C错误； D．反应物总结合能，的总结合能为​，X是单个中子，结合能为0，因此生成物总结合能为，一次反应释放的核能=生成物总结合能−反应物总结合能=，故D错误。 故选B。 3．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为,的比结合能为 ，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 【答案】B 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误； B．对该核反应，由能量守恒可得 解得，故B正确； C．原子核带正电，核聚变需要高温是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，万有引力作用极弱，故C错误； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故D错误。 故选B。 4．核反应类型有核裂变、核聚变、人工转变和衰变等，关于核反应方程，以下说法正确的是（　　） A．为核裂变 B．卢瑟福通过发现了中子 C．为核聚变 D．为衰变 【答案】D 【详解】A．该核反应类型属于α衰变而非核裂变，故A错误； B．该反应是约里奥-居里夫妇发现人工放射性同位素的核反应，查德威克发现了中子，卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验发现了质子，故B错误； C．核聚变是轻核结合为质量更大的核的反应，该反应为α粒子轰击氮核的原子核人工转变，不属于核聚变，故C错误； D．α衰变是原子核自发放出α粒子生成新核的衰变，该反应质量数、电荷数均守恒，符合α衰变的特征，故D正确。 故选D。 5．下列方程书写正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．核反应前后需满足质量数守恒和电荷数守恒，此核反应方程质量数和电荷数均守恒，故A正确； B．此核反应方程质量数不守恒，电荷数守恒，故B错误； C．此核反应方程虽然质量数守恒，电荷数守恒，但需要用中子轰击铀235才能发生裂变反应，故C错误； D．此核反应方程质量数守恒，电荷数不守恒，故D错误。 故选A。 6．如图为“热中子”核反应堆的示意图，下列说法正确的是（　　） A．铀棒是控制链式反应速度的“控制棒” B．可以用普通水作为“慢化剂” C．核反应堆的核燃料是镉棒 D．“水泥防护层”只是用来屏蔽核反应产生的中子 【答案】B 【详解】A．镉棒可以吸收中子，是控制链式反应速度的控制棒，铀棒是核燃料，并非控制棒，故A错误； B．慢化剂的作用是通过碰撞将快中子减速为热中子，普通水中的氢核质量和中子接近，减速效果好，可以作为慢化剂，故B正确； C．核反应堆的核燃料是铀棒，镉棒是控制棒，故C错误； D．水泥防护层的作用是屏蔽核反应产生的中子以及各类有害放射线，避免辐射外泄，并非只屏蔽中子，故D错误。 故选B。 7．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，氚的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（　　） A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水 B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大 C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大 D．核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3X中的X是质子 【答案】B 【详解】A．半衰期是放射性元素半数原子核发生衰变的时间，经过12.5年仅半数氚衰变，剩余仍有大量放射性核素，废水依旧有辐射危害，不能排放，故A错误； B．铀235为重核，裂变反应释放能量存在质量亏损，说明重核的平均核子质量大于中等质量核，钡141、氪92、锶90均为中等质量核，因此铀235的平均核子质量最大，故B正确； C．比结合能越大原子核越稳定，中等质量核的比结合能大于重核，因此铀235的比结合能最小，故C错误； D．核反应遵循电荷数、质量数守恒：设X电荷数为Z、质量数为A，电荷数守恒得 解得 质量数守恒得 解得 可知X是中子不是质子，故D错误。 故选B。 8．下列有关原子核的变化方程，其中对变化类型表述正确的是（　　） A．是人工核转变 B．是核聚变 C．是核裂变 D．是衰变 【答案】A 【详解】A．是原子核的人工核转变，故A正确； B．是重核裂变，故B错误； C．是衰变，故C错误； D．是轻核聚变，故D错误。 故选A。 9．我国在钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破，钍基熔盐核反应堆的核反应方程式主要包括两个核反应，其中一个是：，经分析X可能是中子或质子。下列说法正确的是（　　） A．核反应中的物质X为质子 B．y=89 C．该反应为α衰变 D．该反应为β衰变 【答案】B 【详解】 A．设X的电荷数为Z，由电荷数守恒得 解得，因此X是中子不是质子，故A错误； B． X是中子则，由质量数守恒得，解得，故B正确； C．该反应是重核吸收中子后分裂为中等质量核的核裂变，不属于α衰变，故C错误； D．β衰变是原子核释放β粒子（电子）的核反应，该反应为核裂变，不属于β衰变，故D错误。 故选B。 10．一种典型的核聚变方程式为，一种典型的核裂变方程式为，下列说法正确的是（　　） A．Y为 B．X为质子 C．核聚变为放热反应，核裂变为吸热反应 D．比Y稳定 【答案】A 【详解】AB．先通过聚变反应确定粒子X：左边总电荷数，总质量数；右边电荷数2、质量数3，因此X电荷数为，质量数为，即X是中子（）。 代入裂变反应：左边总电荷数，总质量数；右边Y的电荷数为，质量数为，即Y为，故A正确，B错误。 C．核聚变和核裂变都存在质量亏损，均释放核能，属于放热反应，故C错误。 D．比结合能越大原子核越稳定，中等质量核的比结合能最大。Y（质量数89）比（质量数144）更接近中等质量，比结合能更大，因此Y更稳定，故D错误。 故选A。 二、多选题 11．如图所示为我国自主研发的三代核电——“华龙一号”示范工程。“华龙一号”利用核裂变发电，一期工程建设了两台125万千瓦的AP1000三代核电机组。已知在中子的轰击下裂变为和，质量，，，，1u相当于931.5MeV的能量，，铀矿石中的含量为3%。下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为 B．一个铀核裂变放出的能量约为140 MeV C．的比结合能比和的都大 D．“华龙一号”一期工程一年消耗铀矿石约46吨 【答案】BD 【详解】A．根据核裂变规律可得方程为 故A错误； B．裂变过程的质量亏损 释放的能量 故B正确； C．裂变生成和，生成物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，则可知的比结合能比和的都小，故C错误； D．核电站一年的发电量 由 可得 代入数据解得 故D正确。 故选BD。 12．以下说法正确的是（　　） A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时会释放能量 B．对于相同质量的核燃料，重核裂变比轻核聚变产生的核能多 C．是重核裂变 D．核反应中，其中X是质子 【答案】AD 【详解】A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时，存在质量亏损，释放能量，故A正确； B．对于相同质量的核燃料，重核裂变不一定比轻核聚变产生的核能多，故B错误； C．是α衰变，故C错误； D．核反应中，根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X是质子，故D正确。 故选AD。 13．重核裂变和轻核聚变都释放出能量。如图所示为原子核的比结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的一个重要核反应方程是 B．核的比结合能大于核的比结合能 C．三个中子和三个质子结合成核时释放能量约为30MeV D．核的平均核子质量小于核的平均核子质量 【答案】CD 【详解】A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知，铀核裂变的一个重要核反应方程是，故A错误； B．由题图可知核的比结合能小于核的比结合能，故B错误； C．因为核子结合成原子核时，存在质量亏损，释放核能，所以三个中子和三个质子结合成核时释放能量，由题图可知Li核的比结合能为5MeV，所以其释放的核能约为E＝6×5MeV＝30MeV，故C正确； D．由题图可知，核的比结合能大于核的比结合能，比结合能越大，平均核子质量越小，所以核的平均核子质量小于核的平均核子质量，故D正确。 故选CD。 14．关于核反应方程下列说法正确的是（　　） A．是衰变方程 B．是衰变方程 C．是核聚变方程 D．是核裂变方程 【答案】AD 【详解】A．是衰变方程，A正确； B．是原子核的人工转变，B错误； C．是原子核的人工转变方程，C错误； D．是核裂变方程，D正确。 故选AD。 15．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范。下列有关核反应的说法正确的是（　　） 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．式中 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 【答案】AB 【详解】A．核潜艇通常使用铀或钚等重核的裂变反应来产生能量，故A正确； B．核裂变释放能量，根据爱因斯坦质能方程，必然存在质量亏损，故B正确； C．在核反应方程中，根据质量数守恒，方程左侧质量数为，右侧质量数为 可得，故C错误； D．比结合能是结合能除以核子数，表示核的稳定性，重核裂变后，产物为中等质量核，比结合能更大，因此新核比结合能应比铀核大，故D错误。 故选AB。 16．2025年5月1日，“下一代人造太阳”BEST装置在安徽合肥启动总装，为实现可控核聚变的实际运用又迈进一步，BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度（约1亿摄氏度）。下列说法正确的是（　　） A．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 B．需要将燃料加热到极高温度说明聚变反应吸收能量而不是放出能量 C．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力进而发生核聚变 D．高温的目的是促使燃料发生链式反应 【答案】AC 【详解】A．核聚变反应中，和，生成物为和中子，根据质量数和电荷数守恒，反应方程成立，A正确； B．核聚变反应释放能量，加热到极高温度是为了让原子核获得足够动能克服库仑斥力，并非聚变反应吸收能量，B错误； C．高温使原子核有足够大的动能，能克服原子核间的库仑斥力，从而发生核聚变，C正确； D．链式反应是核裂变的特点，核聚变是轻核聚合成重核，不是链式反应，D错误。 故选AC。 17．2025年1月，我国“人造太阳”EAST装置首次实现1亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行长达1066秒（约17.8分钟），创下世界纪录，标志着我国在稳态高参数等离子体运行领域处于全球领先地位。该装置中的聚变反应为：能量。已知氘核、氚核、氦核的结合能分别为中子的结合能为0，则下列说法正确的是（　　） A．氦核的比结合能比氘核大 B．反应后氦核和中子的结合能总和等于反应前氘核和氚核的结合能总和 C．该聚变反应释放的能量为 D．氦核的核子平均质量比氘核小 【答案】AD 【详解】A．轻核聚变会生成更稳定的原子核，氦核是轻核聚变的产物，比氘核更稳定，所以氦核的比结合能比氘核大，故A正确； B．聚变反应过程中会释放能量，这意味着反应后氦核和中子的结合能总和大于反应前氘核和氚核的结合能总和，故B错误； C．聚变反应释放的能量应该是反应前氘核和氚核的结合能总和与反应后氦核的结合能之差，即，故C错误； D．轻核聚变过程中有质量亏损，反应后生成的氦核的核子平均质量比反应前氘核的核子平均质量小，故D正确。 故选AD。 18．核反应方程为，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为 D．获得的动能约为 【答案】AC 【详解】核反应方程为 。两个动量大小相等、方向相反的氘核与氚核相撞，反应释放的能量几乎全部转化为氦核（）与中子（）的动能。总初始动量为零。 A．反应释放能量，根据爱因斯坦质能方程，释放的能量来源于质量亏损，故该反应一定有质量亏损，故A正确。 B．核裂变是重核分裂成中等质量核的过程，而此反应是两个轻核（氘核和氚核）聚合成一个较重的氦核，属于核聚变，不是核裂变，故B错误。 C．反应释放的能量几乎全部转化为氦核与中子的动能。初始总动量为零，反应后总动量也为零，氦核与中子动量大小相等、方向相反。质量比（质量数比近似为质量比） 动能公式为 动量大小相等，故动能与质量成反比，则有 即 总动能 解得， 故中子动能约为 14 MeV，故C正确。 D．由上述计算，氦核动能约为，不是，故D错误。 故选AC。 19．一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子，释放一定的能量，氘核、氚核、氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程式为 B．氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量 C．该反应中亏损的质量为 D．该反应中亏损的质量为 【答案】BC 【详解】A．该核反应的方程式为，故A错误； BCD．由于核反应过程中释放一定的能量，所以核反应过程有质量亏损，即氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量，该反应中亏损的质量为，故BC正确，D错误。 故选BC。 20．两个氘核以相等的动能在一条直线上相向运动，对心碰撞并发生了核聚变，得到和新粒子且释放核能。假设释放的核能全部转化为动能，下列说法正确的是（   ） A．该反应过程中质量守恒 B．该反应方程为 C．反应后氦核与新粒子的动量不同 D．反应后氦核与新粒子的动能相等 【答案】BC 【详解】A．该反应释放核能，核反应后出现质量亏损，故A错误； B．质量数守恒，电荷数守恒，该反应方程正确，故B正确； CD．两个氘核以相等的动能对心碰撞，依据动量守恒定律，反应后总动量为零，即氦核和新粒子动量大小相等，方向相反， 由，可知氦核和新粒子的动能之比约为，故C正确，D错误。 故选BC。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 核裂变与核聚变拔高练习卷 一、单选题 1．2025年6月26日，中国科学院主导的国际合作空间科学卫星“天关”成功捕捉到编号为EP240414a的一个转瞬即逝的宇宙X射线信号。X射线是原子核外电子跃迁产生的，下列说法正确的是（　　） A．核反应是α衰变 B．γ射线和X射线都是电磁波，但它们的产生机理不同 C．β射线是高速电子流，其穿透能力比α射线弱 D．在云室中，能清晰看到α、β、γ射线的径迹 2．在极端或非常不寻常的天体环境下，若存在极高的局部氘富集，可发生一种核聚变，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，下列说法正确的是（　　） A．是质子 B．反应物的总结合能小于生成物的总结合能 C．的比结合能小于的比结合能 D．一次该核反应释放的核能为4E1-3E2 3．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为,的比结合能为 ，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 4．核反应类型有核裂变、核聚变、人工转变和衰变等，关于核反应方程，以下说法正确的是（　　） A．为核裂变 B．卢瑟福通过发现了中子 C．为核聚变 D．为衰变 5．下列方程书写正确的是（　　） A． B． C． D． 6．如图为“热中子”核反应堆的示意图，下列说法正确的是（　　） A．铀棒是控制链式反应速度的“控制棒” B．可以用普通水作为“慢化剂” C．核反应堆的核燃料是镉棒 D．“水泥防护层”只是用来屏蔽核反应产生的中子 7．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，氚的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（　　） A．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水 B．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大 C．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大 D．核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3X中的X是质子 8．下列有关原子核的变化方程，其中对变化类型表述正确的是（　　） A．是人工核转变 B．是核聚变 C．是核裂变 D．是衰变 9．我国在钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破，钍基熔盐核反应堆的核反应方程式主要包括两个核反应，其中一个是：，经分析X可能是中子或质子。下列说法正确的是（　　） A．核反应中的物质X为质子 B．y=89 C．该反应为α衰变 D．该反应为β衰变 10．一种典型的核聚变方程式为，一种典型的核裂变方程式为，下列说法正确的是（　　） A．Y为 B．X为质子 C．核聚变为放热反应，核裂变为吸热反应 D．比Y稳定 二、多选题 11．如图所示为我国自主研发的三代核电——“华龙一号”示范工程。“华龙一号”利用核裂变发电，一期工程建设了两台125万千瓦的AP1000三代核电机组。已知在中子的轰击下裂变为和，质量，，，，1u相当于931.5MeV的能量，，铀矿石中的含量为3%。下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为 B．一个铀核裂变放出的能量约为140 MeV C．的比结合能比和的都大 D．“华龙一号”一期工程一年消耗铀矿石约46吨 12．以下说法正确的是（　　） A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时会释放能量 B．对于相同质量的核燃料，重核裂变比轻核聚变产生的核能多 C．是重核裂变 D．核反应中，其中X是质子 13．重核裂变和轻核聚变都释放出能量。如图所示为原子核的比结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的一个重要核反应方程是 B．核的比结合能大于核的比结合能 C．三个中子和三个质子结合成核时释放能量约为30MeV D．核的平均核子质量小于核的平均核子质量 14．关于核反应方程下列说法正确的是（　　） A．是衰变方程 B．是衰变方程 C．是核聚变方程 D．是核裂变方程 15．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范。下列有关核反应的说法正确的是（　　） 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．式中 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 16．2025年5月1日，“下一代人造太阳”BEST装置在安徽合肥启动总装，为实现可控核聚变的实际运用又迈进一步，BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度（约1亿摄氏度）。下列说法正确的是（　　） A．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 B．需要将燃料加热到极高温度说明聚变反应吸收能量而不是放出能量 C．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力进而发生核聚变 D．高温的目的是促使燃料发生链式反应 17．2025年1月，我国“人造太阳”EAST装置首次实现1亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行长达1066秒（约17.8分钟），创下世界纪录，标志着我国在稳态高参数等离子体运行领域处于全球领先地位。该装置中的聚变反应为：能量。已知氘核、氚核、氦核的结合能分别为中子的结合能为0，则下列说法正确的是（　　） A．氦核的比结合能比氘核大 B．反应后氦核和中子的结合能总和等于反应前氘核和氚核的结合能总和 C．该聚变反应释放的能量为 D．氦核的核子平均质量比氘核小 18．核反应方程为，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为 D．获得的动能约为 19．一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子，释放一定的能量，氘核、氚核、氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程式为 B．氦核和中子的质量小于氘核和氚核的质量 C．该反应中亏损的质量为 D．该反应中亏损的质量为 20．两个氘核以相等的动能在一条直线上相向运动，对心碰撞并发生了核聚变，得到和新粒子且释放核能。假设释放的核能全部转化为动能，下列说法正确的是（   ） A．该反应过程中质量守恒 B．该反应方程为 C．反应后氦核与新粒子的动量不同 D．反应后氦核与新粒子的动能相等 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $