高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五节 裂变和聚变精品同步测试题

5.5 裂变和聚变  同步练习

一、单选题

1．下列说法中正确的是（　　）

A．目前核电站内释放的核能都来自于重核裂变

B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流

C．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了原子核内有质子

D．放射性元素的半衰期会随温度的变化而改变

【答案】A

【解析】A．目前核电站内释放的核能都来自于重核裂变，A正确；B．γ射线是光子，不是带电粒子流，B错误；C．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了原子的核式结构，认为原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域，叫原子核，电子在原子核外绕核作轨道运动，C错误；D．放射性元素的半衰期不受物理、化学性质的影响，D错误。故选A。

2．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院全超导托卡马克核聚变实验装置EAST（东方超环）传来捷报，中国的“人造太阳”再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。已知该装置内部发生的核反应方程为，可以判断（　　）

A．该反应属于α衰变

B．反应放出的X是质子

C．该反应过程中会放出能量

D．该反应目前大量应用于核电站进行发电

【答案】C

【解析】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，该反应为轻核聚变反应，不属于衰变，AB错误；C．该反应过程中有质量亏损，根据质能方程，反应会放出能量，C正确；D．目前核电站主要是利用重核裂变，则该反应不是目前核电站的工作原理，D错误。

故选C。

3．下列说法正确的是（　　）

A．重核裂变及轻核聚变过程都释放核能，原因是中等质量的核最稳定，平均每个核子的质量最小，比结合能最小

B．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

C．大量氢原子从n=4能级向低能级跃迁时，可以辐射出6种不同波长的光子，其中波长最短是从n=4能级跃迁到n=3能级放出的

D．氚核发生β衰变时，一个中子释放出电子后变成质子，进而生成

【答案】D

【解析】A．相对轻核和重核，中等质量的核中平均每个核子的质量最小，亏损质量最大，比结合能最大，故最稳定，核裂变及核聚变过程都要释放核能，选项A错误；B．根据光电效应方程

即光电子的最大初动能与入射光的频率为线性关系但不是正比例关系，选项B错误；C．大量氢原子从能级向低能级跃迁时，可以辐射出不同波长光的种数

即放出6种不同波长的光，由

氢原子从能级跃迁到n=3能级所放出光子能量最小、其波长最长，选项C错误；D．氚核发生β衰变生成，其实质是氚核中的中子发生能级跃迁，释放出电子同时，自身变成质子的缘故，选项D正确。

故选D。

4．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程是，部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．核反应方程中，X粒子是电子

B．核反应方程中，X粒子是质子

C．、和相比，核的比结合能最大，它最稳定

D．、和相比，的核子数最多，它的结合能最大

【答案】D

【解析】A．B．根据铀核裂变的特点可知，它需要吸收一个中子发生裂变反应，X粒子是中子，故A、B错误；C．根据比结合能的曲线可知，在附近原子的比结合能最大，而后随着核子数增加，比结合能减小，所以、和相比，的比结合能最大，故C错误；D．、和相比，的核子数最多，它的结合能最大，故D正确。故选D。

5．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是（　　）

①N+HeO+H　　②U+nSr+Xe+

③UTh+He　　④H+HHe+n

A．①② B．③④ C．②④ D．②③

【答案】C

【解析】“两弹”是指原子弹和氢弹，原子弹是铀核裂变

氢弹是轻核聚变

故选C。

6．2020年3月2日9时12分，我国具有完全．白主知识产权的三代核电“华龙号”全球首堆——中核集团福清核电5号机组热态性能试验基本完成，为后续机组装料、并网发电等工作奠定了坚实基础。该机组正式运行后的核反应方程之一为，下列说法正确的是（　　）

A．该核反应中，是质子

B．该核反应属于热核反应

C．的比结合能比的比结合能大

D．该核反应的产物的结合能之和小于反应物的结合能之和

【答案】C

【解析】AB．该反应为重核裂变，根据质量数守恒可得的质量数为

根据电荷数守恒可得的电荷数为

所以为中子，AB错误。

CD．比结合能是指原子核结合能对其所有核子的平均值，也就是把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量，用于表示原子核结合松紧程度。该反应为放能反应，产物的比结合能大于反应物的比结合能，产物的结合能之和大于反应物的结合能之和，D错误，C正确。

故选C。

7．在一次核反应中变成和，同时释放出若干X粒子。的平均结合能约为7.6MeV，的平均结合能约为8.4MeV，的平均结合能约为8.7MeV，下列说法正确的是（　　）

A．X粒子为电子

B．一个核分解为核子时要释放的能量约为1786MeV

C．核子结合成一个核吸收的能量约为783MeV

D．一个该核反应能释放出的能量约为139.4MeV

【答案】D

【解析】A．根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒知，X粒子的电量数为0，所以只能为中子，A错误；B．一个分解成核子时，要吸收的能量为

B错误；C．使相应的核子结合成要放出的能量为

C错误；D．这个核反应放出的能量为

D正确。故选D。

8．中国物理学家钱三强与何泽慧等合作，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，如图，其中一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n。用分别表示U、Ba、Kr核的质量，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．链式反应能否发生跟铀原料的体积无关

B．裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能

C．该核反应过程中质量有所增加

D．该核反应中放出的核能为

【答案】B

【解析】A．链式反应能否发生跟铀原料的临界体积有关，故A错误；B．裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能，从而产生质量亏损，放出能量，故B正确；C．该核反应过程中质量由亏损，故C错误；D．该核反应中放出的核能为，故D错误。 故选B。

9．下列说法中正确的是（　　）

A．一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁时能发出2种不同频率的光子

B．的一种裂变可能为

C．核反应属于原子核聚变

D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，遏止电压就越大

【答案】C

【解析】．根据公式知，处于能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子，A错误；B．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的一种裂变可能为

B错误；C．核反应

属于原子核聚变，C正确；D．根据光电效应方程

根据动能定理得

解得

遏止电压随入射光的频率的增大而增大，与光强无关，D错误。故选C。

10．中国的“人造太阳”在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒，标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础．下列关于核聚变的说法正确的是（　　）

A．核聚变反应前后满足电荷与质量守恒

B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的

C．是聚变反应

D．原于弹释放的能量是核聚变产生的

【答案】B

【解析】A．核聚变反应属于热核反应，会出现质量亏损。电荷守恒，质量不守恒，A错误；B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，B正确；C．是人工转变，C错误；D．原子弹释放的能量是核裂变产生的。D错误。故选B。

二、多选题

11．我国自主三代核电“华龙一号”的每台机组每年发电量约为，相当于减排二氧化碳816万吨，对助力实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。下列说法正确的是（　　）

A．该机组利用的是轻核聚变释放的能量发电

B．该机组每年发电使原子核亏损的质量约为0.3kg

C．“华龙一号”反应堆中可能存在的核反应

D．“华龙一号”反应堆需要用镉棒吸收中子控制链式反应的速度

【答案】CD

【解析】由题知

A．该机组利用的是重核裂变释放的能量发电，A错误；B．根据质能方程

可知每年亏损的质量

B错误；C．根据质量数守恒和电荷数守恒，用中子轰击的核反应可能为

C正确；D．在“华龙一号”反应堆中，当反应速度过快时，用镉棒吸收过多的中子，以控制链式反应的速度，D正确。故选CD。

12．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）

A．由甲图的实验分析提出了原子的核式结构模型

B．由乙图数据可知a光的频率大

C．由丙图可知在中子轰击下生成和的反应中还生成2个中子

D．由丁图观察到光的干涉条纹，它是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加

【答案】AC

【解析】A．甲图是卢瑟福的α离子散射实验，实验分析提出了原子的核式结构模型，故A正确；B．光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，a光对应的截止电压小于b光的截止电压，根据

可知入射光的频率越高，对应的截止电压越大，可知b光的频率大，故B错误；C．根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，在中子轰击下生成和的反应中还生成2个中子，故C正确；D．观察到光的干涉条纹，它是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故D错误。

故选AC。

13．近日，目前全球规模最大的核聚变反应堆——欧洲联合环状反应堆（JET）（如图所示）的科研团队宣布，取得了核聚变技术的突破性进展，该反应堆在连续5秒时间内产生了59兆焦耳的能量（1兆=106），这打破了该装置在1997年创下的22兆焦耳核聚变能量的纪录。下列说法正确的是（　　）

A．要使轻核发生聚变，原子核必须克服核力和库仑斥力

B．该反应堆连续5秒产生的能量能为一个普通中国家庭提供大约一年的用电

C．现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分来自太阳聚变释放的核能

D．轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁，废物数量少

【答案】CD

【解析】A．要使轻核发生聚变，原子核必须克服巨大的库仑斥力，使原子核的距离达到10－15m以内，从而使核力起作用，故A错误；B．1度电表示的电能为

该反应堆连续5秒产生的能量为

这些能量显然不能为一个普通中国家庭提供大约一年的用电，故B错误；C．现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分来自太阳聚变释放的核能，故C正确；D．轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁，废物数量少，故D正确。故选CD。

14．2021年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。反应堆工作原理如图所示，钍232（）吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变核素铀233（）。下列说法正确的是（　　）

A．钍232       变成铀233的核反应方程式是：，

B．中间产生的新核镤233（）从高能级向低能级跃迁时，会伴随辐射

C．新核铀233（）的结合能小于钍233（）

D．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电

【答案】AB

【解析】A．根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是

选项A正确；B．中间产生的新核镤233（）从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随辐射，选项B正确；C．整个过程中释放能量，则生成的新核铀233（）更加稳定，则新核铀233（）的结合能大于钍233（），选项C错误；D．在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误。故选AB。

三、填空题

15．1911 年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了____（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。核电站的反应堆是利用____释放的核能。

【答案】     大     核裂变

【解析】[1] 1911 年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了大角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。

[2] 核电站的反应堆是利用核裂变释放的核能。

16．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成X核和氪核，同时放出3个中子，核反应方程是。X原子核中含________个中子，反应后核子的比结合能________（选填“增加”“减小”或“不变”）。

【答案】     88     增加

【解析】[1]由裂变过程电荷数（质子数）守恒和质量数守恒，可得X的电荷数（质子数）和质量数分别为92-36=56，235+1-89-3=144，中子数=核子数-质子数，所以X的中子数为144-56=88。

[2]裂变过程释放核能，所以反应后核子的比结合能增加（中等大小的原子核比结合能较大）。

四、解答题

17．受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出200兆电子伏特的能量。现要建设发电能力是10万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变释放的能量的50%转化为电能。

（1）写出核反应方程；

（2）一天需要纯铀235的质量为多大？（阿伏加德罗常数取6.02×1023个/摩尔）

【答案】（1） +→+ +3；（2）0.21kg

【解析】（1）核反应方程为

+→+ +3

（2）每一天的发电量为

消耗的铀235核的个数为

需要的纯铀235的质量为

18．太阳现正处于主序星演化阶段，由于太阳内部含有大量的氘核，在高温环境下氘核不断发生核反应而释放大量的核能，使得太阳的质量逐渐的减小.两个氘核在高温环境下生成一个新核X同时释放一个中子，已知氘核、中子以及X核的质量分别为2.0136u、1.0087u、3.0150u，核反应时质量亏损1u向外放出的核能为931.5MeV，（结果均保留3位有效数字）

（1）X核是什么核并计算该反应向外释放的核能为多少；

（2）假设两个动能均为0.37MeV的氘核在高温环境下相向运动并发生碰撞时也能发生题中的核反应，该反应产生的能量均转化为动能，则反应后X核，中子的动能分别为多少。

【答案】（1），；（2），

【解析】（1）由质量数守恒和核电荷数守恒，核反应方程为

则X核是

反应过程中质量减少了

反应过程中释放的核能

（2）设和的动量分别为p1和p2，由动量守恒定律得

由动能和动量关系

及和质量关系，中子的动能 是的动能 的3倍，由能量守恒定律得

解得