高中物理人教版2019選擇性課后習(xí)題第五章4-核裂變與核聚變

4.核裂變與核聚變A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(2022北京密云一模)重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑,關(guān)于裂變和聚變,下列說(shuō)法正確的是()A.裂變釋放能量,聚變吸收能量B.裂變過(guò)程有質(zhì)量虧損,聚變過(guò)程無(wú)質(zhì)量虧損C.裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量D.太陽(yáng)能來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的核裂變2.如圖所示為原子核裂變并發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖,鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,一種典型的鈾核裂變對(duì)應(yīng)的核反應(yīng)方程是

92235U+01n

a140X+

38bY+201n,其中

01n為中子,A.a=53,b=93B.a=54,b=94C.a=53,b=94D.a=54,b=933.(2022北京通州一模)嫦娥五號(hào)返回器將月球土壤成功帶回地球。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)月球土壤里富含的氦3(23He)是理想的熱核反應(yīng)原料,即利用一個(gè)氘核(12H)和一個(gè)氦3發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)新核X,并釋放能量。關(guān)于氦3與氘核的反應(yīng),A.新核X是

2B.是核裂變反應(yīng)C.生成物的總質(zhì)量不變D.生成物的總質(zhì)量數(shù)減少4.關(guān)于核反應(yīng)和核能,下列說(shuō)法正確的是()A.原子彈和氫彈都能瞬間放出巨大的能量,但原理不同。前者是利用了核聚變,后者是利用核裂變B.核動(dòng)力航空母艦的動(dòng)力裝置是核反應(yīng)堆,常用核反應(yīng)堆是用鎘棒來(lái)控制核裂變的反應(yīng)速度C.目前核電站是采用核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),當(dāng)鈾塊的體積小于臨界體積時(shí)就會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出巨大能量D.原子核在超高溫下才能發(fā)生聚變,說(shuō)明核聚變過(guò)程需要吸收能量5.(多選)(2022云南昆明高二期末)如圖所示是核電站工作流程圖,關(guān)于核能,下列說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)堆可以把核能直接轉(zhuǎn)化為電能B.核反應(yīng)堆利用的是原子核衰變過(guò)程產(chǎn)生的能量C.核反應(yīng)生成物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能D.水泥防護(hù)層的作用是屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線6.(2022山東聊城二模)2021年5月,中國(guó)的“人造太陽(yáng)”在1.2億攝氏度下,成功“燃燒”101秒。這標(biāo)志著我國(guó)核聚變研究又獲得重大突破,核反應(yīng)方程是

12H+13HA.核聚變可以在常溫下發(fā)生B.方程中的X表示中子

01C.該核反應(yīng)前后質(zhì)量守恒D.12H的比結(jié)合能比

7.(2022廣東湛江模擬預(yù)測(cè))核電站中核反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式

92235U+01nBa+

3692Kr+30A.這個(gè)反應(yīng)屬于輕核聚變B.反應(yīng)條件是鈾塊要達(dá)到臨界體積C.由這個(gè)反應(yīng)可知比結(jié)合能為201MeVD.這個(gè)方程式可寫(xiě)為

92235UBa+

36928.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073u,中子質(zhì)量mn=1.0087u,氚核質(zhì)量mT=3.0180u。(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)(1)寫(xiě)出聚變方程;(2)釋放出的核能為多大?(3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大?B級(jí)關(guān)鍵能力提升練9.(2022遼寧鐵嶺高三期末)太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變可以釋放出大量的能量,這些能以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去,其總功率達(dá)到P0=3.8×1026W。設(shè)太陽(yáng)上的熱核反應(yīng)是4個(gè)質(zhì)子聚合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)中微子(質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量,穿透能力極強(qiáng)的中性粒子,可用υ表示)和另一種帶電粒子(用

10e表示),且知每一次這樣的核反應(yīng)質(zhì)量虧損為5.0×1029kg,已知真空中的光速c=3×108m/s,電子的電荷量e=1.6×1019C。則每秒鐘太陽(yáng)產(chǎn)生中微子的個(gè)數(shù)為(A.8×1037 B.8×1038C.2×1037 D.2×103810.(多選)(2022陜西渭南一模)1932年,考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中,鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核,隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)原子核,核反應(yīng)方程為

37Li+11HBe2X。已知

11H、37Li、X的質(zhì)量分別為m1=1.00728u、m2=7.01601u、m3=4.00151u,其中u為原子質(zhì)量單位,1u相當(dāng)于931A.鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4B.X表示的是氚原子核C.質(zhì)量虧損Δm=4.02178uD.釋放的核能ΔE=18.88MeV11.核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,其中一種典型的核裂變反應(yīng)方程為

92235U+01n

3890Sr+ZAA.92235U的比結(jié)合能大于

B.3890Sr的結(jié)合能大于

C.A=136,Z=54D.目前的核電站是利用

12H

0112.(多選)(2022浙江舟山中學(xué)高三階段練習(xí))如圖所示是不同原子核的比結(jié)合能與其質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖。已知太陽(yáng)中主要發(fā)生的核聚變反應(yīng)方程為

12H+13H

24A.該核反應(yīng)發(fā)生時(shí),必須克服兩原子核之間的核力B.太陽(yáng)每進(jìn)行一次核聚變反應(yīng)虧損質(zhì)量17.6MeV/c2C.利用圖中數(shù)據(jù)可以估算出

13H的比結(jié)合能約為2D.利用圖中規(guī)律可知核

36144Ba比核

13.兩個(gè)氘核聚變產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核,已知氘核質(zhì)量mD=2.0136u,氦核質(zhì)量mHe=3.0150u,中子質(zhì)量mn=1.0087u。(1)計(jì)算釋放出的結(jié)合能;(2)若反應(yīng)前兩氘核的動(dòng)能均為Ek0=0.35MeV,它們正撞發(fā)生聚變,且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,則反應(yīng)產(chǎn)生的氦核和中子的動(dòng)能各為多大?4.核裂變與核聚變1.C裂變和聚變過(guò)程中都釋放能量,故A錯(cuò)誤;裂變和聚變過(guò)程中都釋放能量,根據(jù)質(zhì)能方程可知裂變過(guò)程和聚變過(guò)程都有質(zhì)量虧損,故B錯(cuò)誤;裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量,故C正確;太陽(yáng)能來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的核聚變,故D錯(cuò)誤。2.B核反應(yīng)質(zhì)子數(shù)守恒92=a+38核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒235+1=140+b+2聯(lián)立得a=54,b=94。故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。3.A核反應(yīng)方程為

23He+12HHe+11H,則新核X是

24He,該反應(yīng)是核聚變反應(yīng),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,生成物的總質(zhì)量數(shù)不變,但是反應(yīng)放出核能,4.B原子彈和氫彈都能瞬間放出巨大的能量,但原理不同,前者是利用了核裂變,后者是利用核聚變,故A錯(cuò)誤;核動(dòng)力航空母艦的動(dòng)力裝置是核反應(yīng)堆,常用核反應(yīng)堆是通過(guò)調(diào)節(jié)鎘棒的深度控制核裂變的反應(yīng)速度,故B正確;目前核電站是采用核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),當(dāng)鈾塊的體積大于臨界體積時(shí)就會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出巨大能量,故C錯(cuò)誤;原子核在超高溫下才能發(fā)生聚變,但是核聚變有質(zhì)量虧損,是釋放能量,故D錯(cuò)誤。5.CD核反應(yīng)堆把核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,再轉(zhuǎn)化為電能,故A錯(cuò)誤;核反應(yīng)堆利用的是核裂變過(guò)程產(chǎn)生的能量,故B錯(cuò)誤;核反應(yīng)堆中發(fā)生核反應(yīng)要放出熱量,則核反應(yīng)生成物的比結(jié)合能大于反應(yīng)物的比結(jié)合能,故C正確;水泥防護(hù)層的作用是屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線,故D正確。6.B核聚變反應(yīng)屬于熱核反應(yīng),必須在高溫下進(jìn)行,故A錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,X為中子,中子是查德威克發(fā)現(xiàn)的,故B正確;該核反應(yīng)放出能量,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知,反應(yīng)后有質(zhì)量虧損,故C錯(cuò)誤;核反應(yīng)方程式中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定,生成物的比結(jié)合能大,所以

12H的比結(jié)合能比

24He的比結(jié)合能小7.B這個(gè)反應(yīng)屬于重核裂變,故A錯(cuò)誤;中子由于速度大,如果鈾塊太小中子穿過(guò)不留在里面,故反應(yīng)條件是鈾塊要達(dá)到臨界體積,故B正確;201MeV是該反應(yīng)所釋放的能量,而比結(jié)合能是把原子核拆分成單個(gè)核子需要吸收的能量或核子結(jié)合成原子核所釋放的能量,兩者意義不同,故C錯(cuò)誤;Ba+3692Kr+201n的寫(xiě)法是錯(cuò)誤的,因?yàn)榧^左側(cè)的

92235U是不會(huì)自發(fā)發(fā)生核反應(yīng)的,8.答案(1)11H+201nH(3)2.08MeV解析(1)聚變方程

11H+201(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mnm=(1.0073+2×1.00873.0180)u=0.0067u釋放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV=6.24MeV。(3)平均每個(gè)核子放出的能量為6.243MeV=2.089.D根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,得E0=Δmc2=5.0×1029×(3×108)2J,每秒太陽(yáng)發(fā)生的核反應(yīng)的次數(shù)n=ΔEE0=3.8×1026×15.0×10-29×(3×110.AD根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可知方程為

37Li+11HBe224He,則Z=4,A=8,鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4,X表示的是氦核,故A正確,B錯(cuò)誤;核反應(yīng)質(zhì)量虧損為Δm=m1+m22m3=0.02027u,則釋放的核能為ΔE=(0.02027×931.5)MeV,解得ΔE=18.88MeV,故11.C比結(jié)合能越大,原子核越難分離成單個(gè)核子,即原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定,由于

3890Sr比

92235U穩(wěn)定,則

92235U的比結(jié)合能小于

3890Sr的比結(jié)合能,故A錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有235+1=90+A+10,92=38+Z,解得A=136,Z=54,故C正確;組成原子核的核子數(shù)越多,它的結(jié)合能越大,由于

3890Sr的核子數(shù)為90,小于

ZAXe的核子數(shù)136,3890Sr的結(jié)合能小于

ZAXe的結(jié)合能,12.BC輕核聚變反應(yīng),必須克服兩原子核之間的庫(kù)侖斥力,故A錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δm·c2,故B正確;圖中給了

12H與

24He的比結(jié)合能,設(shè)

13H的比結(jié)合能為E,聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能E1=(1×2+E×3)MeV,反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能E2=7×4MeV=28MeV,由于單個(gè)核子無(wú)結(jié)合能,所以聚變過(guò)程釋放出的能量為ΔE=E2E1=17.6MeV,解得E=2.8MeV,故C正確;由圖可得,中等大小的核的比結(jié)合能最大13.答案(1)3.26MeV(2