高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核4 核裂变与核聚变课后练习题

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1．（2022·上海奉贤·高二校考期中）1999年9月，日本发生严重的核泄漏，这是和工厂将核原料（六氟化钠）提炼成核反应材料（二氟化铀）时操作失误造成的，工作人员在一个加工炉中投入的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是（ ）
A．临界体积B．临界压强
C．临界温度D．由一定的温度、体积和压强共同确定
2．（2022·广西南宁·高二校联考期末）096型核潜艇是我国海军第三代弹道导弹核潜艇，主要动力是两座一体化压水式核子反应器。关于核潜艇中的核反应，下列说法正确的是（ ）
A．核燃料可能是H和H
B．该核反应可能是α衰变
C．核潜艇主要动力来源于重核发生裂变释放的能量
D．该核反应需要极高的温度才能发生
3．（2023春·陕西咸阳·高二统考期中）下列四个核反应方程中，属于链式反应的是（ ）
A．B．
C．D．
4．（2022秋·上海长宁·高二统考期末）目前核电站利用的是（ ）
A．氘为核燃料的裂变反应B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应D．铀为核燃料的聚变反应
题组二 反应堆与核电站
5．（2022春·上海奉贤·高二期中）在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（ ）
A．氢B．镉C．水D．压力容器
6．（2022·上海宝山·高二上海交大附中期中）最近日本决定将福岛核电站废水排入大海，现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）
A．化学反应放出的能量B．重核裂变放出的能量
C．天然放射性元素放出的能量D．人工放射性同位素放出的能量
7．（2022春·山东菏泽·高二统考期末）如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是（ ）
A．正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量粒子
B．中子速度越快越容易发生链式反应
C．通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D．铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
题组三 核聚变
8．（2022·浙江绍兴·高二期末）（多选）2021年5月，中国的“人造太阳”，在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒。这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。关于核聚变，下列说法中正确的是（ ）
A．核聚变可以在常温下发生
B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的
C．聚变反应比较好控制，因此能源危机马上会解决
D．“人造太阳”内部的反应是的聚变反应
9．（2023·四川泸州·高二四川省泸县第一中学校考开学考试）科学家发现在月球上含有丰富的，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应遵守能量守恒定律，不对外释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前大部分核电站都采用聚变反应来发电
10．（2022·青海西宁·高二统考期末）一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）放出一个粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核（原子质量为228.0287u）。已知1u相当于931.5MeV的能量。铀核的衰变反应方程为，算出该衰变反应中释放出的核能为（ ）
A．5.35MeVB．5.5MeVC．10.35MeVD．10.5MeV
11．（2022·高二课时练习）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
12．（2022春·广东东莞·高二校考期末）日本政府于4月13日召开会议，决定在未来两年福岛核废水罐达到蓄水峰值后，将稀释过的废水排入大海，引发世界一片哗然。福岛核电站的核废水中放射性物质“氚”难以清除。关于“氚”的一个核反应方程为，对此以下说法正确的是（ ）
A．反应后总结合能变大
B．核反应产物中的X粒子为
C．反应前后核子的总质量相等
D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
13．（2023春·辽宁沈阳·高二东北育才学校校联考期中）下列关于核反应方程及其表述均正确的是（ ）
A．为重核裂变反应
B．为重核裂变反应
C．为轻核聚变反应
D．为原子核的人工转变
14．（2020·全国·统考高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则M约为（ ）
A．40 kgB．100 kgC．400 kgD．1 000 kg
5.4核裂变与核聚变 分层作业
题组一 核裂变
1．（2023·全国·高三专题练习）1999年9月，日本发生严重的核泄漏，这是和工厂将核原料（六氟化钠）提炼成核反应材料（二氟化铀）时操作失误造成的，工作人员在一个加工炉中投入的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是（ ）
A．临界体积B．临界压强
C．临界温度D．由一定的温度、体积和压强共同确定
【答案】A
【详解】A．原子核非常小，原子的内部空隙较大，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，核反应不会产生，当铀块足够大时，就会产生核反应，能够产生核反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫临界质量。临界体积是核反应技术中的重要参数。如果核原料（六氟化钠）投入太多，提炼成核反应材料（二氟化铀），就会超过临界体积，则可产生持续的铀核反应，从而造成了核泄漏，A正确；
BCD．当铀块达不到其临界体积时，一般情况下，即便压强和温度达到一定值时，也不会产生核反应，不会产生核泄漏，BCD错误。
故选A。
2．（2022春·广西南宁·高二校联考期末）096型核潜艇是我国海军第三代弹道导弹核潜艇，主要动力是两座一体化压水式核子反应器。关于核潜艇中的核反应，下列说法正确的是（ ）
A．核燃料可能是H和H
B．该核反应可能是α衰变
C．核潜艇主要动力来源于重核发生裂变释放的能量
D．该核反应需要极高的温度才能发生
【答案】C
【详解】ABC．核潜艇中的核反应堆发生的是核裂变反应，核潜艇主要动力来源于重核裂变释放的能量，故AB错误，C正确；
D．核裂变不需要极高的温度，故D错误。
故选C。
3．（2023春·陕西咸阳·高二统考期中）下列四个核反应方程中，属于链式反应的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】A．是轻核聚变，A错误；
B．是衰变，B错误；
C．是原子核的人工转变，C错误；
D．是重核裂变，生成的中子可以使铀发生链式反应，D正确。
故选D。
4．（2022秋·上海长宁·高二统考期末）目前核电站利用的是（ ）
A．氘为核燃料的裂变反应B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应D．铀为核燃料的聚变反应
【答案】B
【详解】目前核电站利用的能量来自铀为核燃料的裂变反应，以氘为核燃料的聚变反应目前尚不能有效控制进行发电。
故选B。
题组二 反应堆与核电站
5．（2022春·上海奉贤·高二期中）在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（ ）
A．氢B．镉C．水D．压力容器
【答案】C
【详解】在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂。
故选C。
6．（2021春·上海宝山·高二上海交大附中期中）最近日本决定将福岛核电站废水排入大海，现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）
A．化学反应放出的能量B．重核裂变放出的能量
C．天然放射性元素放出的能量D．人工放射性同位素放出的能量
【答案】B
【详解】重核裂变过程中质量亏损，伴随着巨大能量放出，目前核电站均是采用了重核裂变放出的能量进行发电的，B正确，ACD错误。
故选B。
（2022春·山东菏泽·高二统考期末）如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是（ ）
A．正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量粒子
B．中子速度越快越容易发生链式反应
C．通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D．铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
【答案】C
【详解】A．正常运行的反应堆主要的辐射有辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量粒子，故A错误；
B．中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；
D．核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
故选C。
题组三 核聚变
8．（2022春·浙江绍兴·高二期末）（多选）2021年5月，中国的“人造太阳”，在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒。这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。关于核聚变，下列说法中正确的是（ ）
A．核聚变可以在常温下发生
B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的
C．聚变反应比较好控制，因此能源危机马上会解决
D．“人造太阳”内部的反应是的聚变反应
【答案】BD
【详解】A．核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故A错误；
B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，故B正确；
C．要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温，聚变反应一旦实现，可在瞬间产生大量热能，地球上没有任何容器能够承受如此高的温度，实现受控热核反应还需要很长一段路，故C错误；
D．“人造太阳”内部的反应是轻核聚变，反应方程为，故D正确。
故选BD。
9．（2023春·四川泸州·高二四川省泸县第一中学校考开学考试）科学家发现在月球上含有丰富的，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应遵守能量守恒定律，不对外释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前大部分核电站都采用聚变反应来发电
【答案】B
【详解】A．轻核聚变释放出巨大的结合能，原子核出现明显的质量亏损，根据爱因斯坦的质能关系式可知，这块巨大的能量是亏损的这块质量转化而来，所以核聚变反应前后质量不守恒，因为质量转化的这部分能量不再以质量的形式存在了，故A错误；
B．核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成新的较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量，故B正确；
C．轻核聚变释放出巨大的结合能，原子核出现明显的质量亏损，因为质量转化的这部分能量不再以质量的形式存在了，故C错误；
D．由于核聚变的链式反应难以控制，目前的技术无法解决这一问题，核聚变核电站处于实验阶段，目前大部分核电站还是通过核裂变发电，故D错误。
故选B。
10．（2022春·青海西宁·高二统考期末）一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）放出一个粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核（原子质量为228.0287u）。已知1u相当于931.5MeV的能量。铀核的衰变反应方程为，算出该衰变反应中释放出的核能为（ ）
A．5.35MeVB．5.5MeVC．10.35MeVD．10.5MeV
【答案】B
【详解】由质能方程得
故选B。
11．（2022·高二课时练习）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
【详解】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。
13．（2022春·广东东莞·高二校考期末）日本政府于4月13日召开会议，决定在未来两年福岛核废水罐达到蓄水峰值后，将稀释过的废水排入大海，引发世界一片哗然。福岛核电站的核废水中放射性物质“氚”难以清除。关于“氚”的一个核反应方程为，对此以下说法正确的是（ ）
A．反应后总结合能变大
B．核反应产物中的X粒子为
C．反应前后核子的总质量相等
D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
【答案】A
【详解】A．轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放出能量，生成的原子核核子更多，结合能更大，故A正确；
B．由质量数守恒和电荷数守恒可得X粒子为，即中子，故B错误；
C．聚变反应会释放出能量，由质能方程可知反应过程中必然有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故C错误；
D．目前世界各地正在运行的核电站中的主要核反应是重核的裂变反应，故D错误。
故选A。
14．（2023春·辽宁沈阳·高二东北育才学校校联考期中）下列关于核反应方程及其表述均正确的是（ ）
A．为重核裂变反应
B．为重核裂变反应
C．为轻核聚变反应
D．为原子核的人工转变
【答案】C
【详解】A．重核裂变反应方程为
A错误；
B．为衰变，B错误；
C．为轻核聚变反应，C正确；
D．原子核的人工转变方程为，D错误。
故选C。
15．（2020·全国·统考高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则M约为（ ）
A．40 kgB．100 kgC．400 kgD．1 000 kg
【答案】C
【详解】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
则平均每个氘核聚变释放的能量为
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为
由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量