高中物理《選擇性必修第三冊》課后習題4.核裂變與核聚變

4.核裂變與核聚變A級必備知識基礎練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,關于裂變和聚變,下列說法正確的是()A.裂變釋放能量,聚變吸收能量B.裂變過程有質量虧損,聚變過程無質量虧損C.裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量D.太陽能來源于太陽內部發(fā)生的核裂變2.如圖所示為原子核裂變并發(fā)生鏈式反應的示意圖,鈾核裂變的產物是多樣的,一種典型的鈾核裂變對應的核反應方程是

92235U+01n

a140X+

38bY+2A.a=53,b=93B.a=54,b=94C.a=53,b=94D.a=54,b=933.(2022北京通州一模)嫦娥五號返回器將月球土壤成功帶回地球。經研究發(fā)現月球土壤里富含的氦-3(23He)是理想的熱核反應原料,即利用一個氘核(1A.新核X是

2B.是核裂變反應C.生成物的總質量不變D.生成物的總質量數減少4.關于核反應和核能,下列說法正確的是()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.核動力航空母艦的動力裝置是核反應堆,常用核反應堆是用鎘棒來控制核裂變的反應速度C.目前核電站是采用核裂變的鏈式反應,當鈾塊的體積小于臨界體積時就會發(fā)生鏈式反應放出巨大能量D.原子核在超高溫下才能發(fā)生聚變,說明核聚變過程需要吸收能量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,關于核能,下列說法正確的是()A.核反應堆可以把核能直接轉化為電能B.核反應堆利用的是原子核衰變過程產生的能量C.核反應生成物的比結合能大于反應物的比結合能D.水泥防護層的作用是屏蔽裂變產物放出的各種射線6.(2022山東聊城二模)2021年5月,中國的“人造太陽”在1.2億攝氏度下,成功“燃燒”101秒。這標志著我國核聚變研究又獲得重大突破,核反應方程是

12H+1A.核聚變可以在常溫下發(fā)生B.方程中的X表示中子

0C.該核反應前后質量守恒D.12H的比結合能比7.(2022廣東湛江模擬預測)核電站中核反應堆的核反應方程式

92235U+01nBa+

3692A.這個反應屬于輕核聚變B.反應條件是鈾塊要達到臨界體積C.由這個反應可知比結合能為201MeVD.這個方程式可寫為

92235UBa+

36928.一個質子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核,已知質子質量mH=1.0073u,中子質量mn=1.0087u,氚核質量mT=3.0180u。(1u相當于931.5MeV的能量)(1)寫出聚變方程;(2)釋放出的核能為多大?(3)平均每個核子釋放的能量是多大?B級關鍵能力提升練9.(2022遼寧鐵嶺高三期末)太陽內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,其總功率達到P0=3.8×1026W。設太陽上的熱核反應是4個質子聚合成1個氦核同時放出2個中微子(質量遠小于電子質量,穿透能力極強的中性粒子,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質量虧損為5.0×10-29kg,已知真空中的光速c=3×108m/s,電子的電荷量e=1.6×10-19C。則每秒鐘太陽產生中微子的個數為(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子加速器進行人工核蛻變實驗,驗證了質能關系的正確性。在實驗中,鋰原子核俘獲一個質子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核,隨后又蛻變?yōu)閮蓚€原子核,核反應方程為

37Li+11HBe2X。已知

11H、37Li、X的質量分別為m1=1.00728u、m2=7.01601u、m3A.鈹原子核內的中子數是4B.X表示的是氚原子核C.質量虧損Δm=4.02178uD.釋放的核能ΔE=18.88MeV11.核裂變的產物是多種多樣的,其中一種典型的核裂變反應方程為

92235U+01n

3890A.92235U的比結合能大于B.3890Sr的結合能大于C.A=136,Z=54D.目前的核電站是利用

12H

012.(多選)(2022浙江舟山中學高三階段練習)如圖所示是不同原子核的比結合能與其質量數的關系圖。已知太陽中主要發(fā)生的核聚變反應方程為

12H+13H

A.該核反應發(fā)生時,必須克服兩原子核之間的核力B.太陽每進行一次核聚變反應虧損質量17.6MeV/c2C.利用圖中數據可以估算出

13H的比結合能約為2D.利用圖中規(guī)律可知核

36144Ba比核13.兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核,已知氘核質量mD=2.0136u,氦核質量mHe=3.0150u,中子質量mn=1.0087u。(1)計算釋放出的結合能;(2)若反應前兩氘核的動能均為Ek0=0.35MeV,它們正撞發(fā)生聚變,且反應后釋放的核能全部轉變?yōu)閯幽?則反應產生的氦核和中子的動能各為多大?

4.核裂變與核聚變1.C裂變和聚變過程中都釋放能量,故A錯誤;裂變和聚變過程中都釋放能量,根據質能方程可知裂變過程和聚變過程都有質量虧損,故B錯誤;裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量,故C正確;太陽能來源于太陽內部發(fā)生的核聚變,故D錯誤。2.B核反應質子數守恒92=a+38核反應質量數守恒235+1=140+b+2聯(lián)立得a=54,b=94。故B正確,A、C、D錯誤。3.A核反應方程為

23He+12HHe+11H,則新核X是

24He,該反應是核聚變反應,選項A正確,B錯誤;根據核反應的質量數和電荷數守恒可知,生成物的總質量數不變,但是反應放出核能,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錯誤;核動力航空母艦的動力裝置是核反應堆,常用核反應堆是通過調節(jié)鎘棒的深度控制核裂變的反應速度,故B正確;目前核電站是采用核裂變的鏈式反應,當鈾塊的體積大于臨界體積時就會發(fā)生鏈式反應放出巨大能量,故C錯誤;原子核在超高溫下才能發(fā)生聚變,但是核聚變有質量虧損,是釋放能量,故D錯誤。5.CD核反應堆把核能轉化為內能,再轉化為電能,故A錯誤;核反應堆利用的是核裂變過程產生的能量,故B錯誤;核反應堆中發(fā)生核反應要放出熱量,則核反應生成物的比結合能大于反應物的比結合能,故C正確;水泥防護層的作用是屏蔽裂變產物放出的各種射線,故D正確。6.B核聚變反應屬于熱核反應,必須在高溫下進行,故A錯誤;根據質量數守恒和電荷數守恒可知X的質量數為1,電荷數為0,X為中子,中子是查德威克發(fā)現的,故B正確;該核反應放出能量,根據愛因斯坦質能方程可知,反應后有質量虧損,故C錯誤;核反應方程式中生成物比反應物穩(wěn)定,生成物的比結合能大,所以

12H的比結合能比

24He的比結合能小7.B這個反應屬于重核裂變,故A錯誤;中子由于速度大,如果鈾塊太小中子穿過不留在里面,故反應條件是鈾塊要達到臨界體積,故B正確;201MeV是該反應所釋放的能量,而比結合能是把原子核拆分成單個核子需要吸收的能量或核子結合成原子核所釋放的能量,兩者意義不同,故C錯誤;Ba+3692Kr+201n的寫法是錯誤的,因為箭頭左側的

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

11H+201(2)質量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u釋放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV=6.24MeV。(3)平均每個核子放出的能量為6.243MeV=2.089.D根據愛因斯坦質能方程,得E0=Δmc2=5.0×10-29×(3×108)2J,每秒太陽發(fā)生的核反應的次數n=ΔEE0=3.8×1026×15.0×10-29×(3×110.AD根據核反應方程滿足質量數守恒和電荷數守恒,可知方程為

37Li+11HBe224He,則Z=4,A=8,鈹原子核內的中子數是4,X表示的是氦核,故A正確,B錯誤;核反應質量虧損為Δm=m1+m2-2m3=0.02027u,則釋放的核能為ΔE=(0.02027×931.5)MeV,解得ΔE=18.88MeV,故11.C比結合能越大,原子核越難分離成單個核子,即原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩(wěn)定,由于

3890Sr比

92235U穩(wěn)定,則

92235U的比結合能小于

3890Sr的比結合能,故A錯誤;根據質量數守恒和電荷數守恒有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越多,它的結合能越大,由于

3890Sr的核子數為90,小于

ZAXe的核子數136,3890Sr的結合能小于

ZAXe的結合能,12.BC輕核聚變反應,必須克服兩原子核之間的庫侖斥力,故A錯誤;根據質能方程ΔE=Δm·c2,故B正確;圖中給了

12H與

24He的比結合能,設

13H的比結合能為E,聚變反應前氘核和氚核的總結合能E1=(1×2+E×3)MeV,反應后生成的氦核的結合能E2=7×4MeV=28MeV,由于單個核子無結合能,所以聚變過程釋放出的能量為ΔE=E2-E1=17.6MeV,解得E=2.8MeV,故C正確;由圖可得,中等大小的核的比結合能最大13.答案(1)3.26MeV(2)0.99M