2020高中物理4.5 裂变和聚变 同步练习（粤教版选修3-5）

2020高中物理4.5 裂变和聚变 同步练习（粤教版选修3-5）

‎4.5 裂变和聚变 同步练习（粤教版选修3-5） ‎ ‎1．(单选)(2020年高考大纲全国卷Ⅱ)原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )‎ A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2‎ C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2‎ 解析：选D.写出核反应方程：X＋H→He＋H，由质量数守恒和电荷数守恒，列方程：A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得：A＝3，Z＝2，故答案为D.‎ ‎2．(双选)下列说法正确的是( )‎ A.N＋H→C＋He是α衰变方程 B.H＋H→He＋γ是核聚变反应方程 C.U→Th＋He是核裂变反应方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工转变方程 解析：选BD.选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确．‎ ‎3．(单选)(2020年高考北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )‎ A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg 解析：选D.因为ΔE＝Δmc2，而太阳每秒钟辐射的能量为4×1026 J，故太阳每秒钟减少的质量为Δm＝≈4.4×109 kg，D正确．‎ ‎4．(单选)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 H＋C→N＋Q1，H＋N→C＋X＋Q2‎ 方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：‎ 原子核 H He He C N N 质量/u ‎1.0078‎ ‎3.0160‎ ‎4.0026‎ ‎12.0000‎ ‎13.0057‎ ‎15.0001‎ 以下推断正确的是( )‎ A．X是He，Q2>Q1‎ B．X是He，Q2>Q1‎ C．X是He，Q2Q1，故选B.‎ ‎5．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是H＋H―→He＋n，反应原料氘(H)富存于海水中，而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(Li)的人工核转变得到．‎ ‎(1)请把下列用中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：________＋n―→________＋H.‎ ‎(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个Li核实现了核转变？(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol－1)‎ ‎(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13 J，求该核聚变过程中的质量亏损．‎ 解析：(1)核反应方程为：Li＋n―→He＋H.‎ ‎(2)因为1 g氚为 mol，根据核反应方程，实现核转变的Li也为 mol，所以有2.0×1023个Li实现了核转变．‎ ‎(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，所以质量亏损为Δm＝3.1×10－29 kg.‎ 答案：(1)Li He ‎(2)2.0×1023个 (3)3.1×10－29 kg 一、单项选择题 ‎1．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是( )‎ A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多 B．它可能分裂成三部分或四部分 C．它能自动裂变，与体积无关 D．它比较容易形成链式反应 解析：选D.铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．‎ ‎2．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下列判断正确的是( )‎ A．裂变和聚变过程中都有质量亏损 B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加 C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损 D．裂变、聚变过程中质量都增加 解析：选A.根据爱因斯坦的质能方程进行判断，人类利用原子能的主要途径是重核裂变和轻核聚变，在这两个过程中有原子能释放，由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可知，在获取能量的同时，质量是减少的，也就是发生质量亏损．所以A选项正确．‎ ‎3．下列说法不正确的是( )‎ A.H＋H→He＋n是聚变 B.U＋n→Xe＋Sr＋2n是裂变 C.Ra→Rn＋He是α衰变 D.Na→Mg＋e是裂变 解析：选D.由于聚变是轻核结合为质量较大的原子核的反应，衰变是指放射性核自发地放射出某种粒子，而裂变是重核分裂为质量较小的几部分，由此可知D是不正确的．‎ ‎4．下列说法正确的是( )‎ A．铀235只要俘获中子就能进行链式反应 B．所有的铀核俘获中子后都能裂变 C．太阳不断地向外辐射大量能量，太阳质量应不断减小，日地间距离应不断增大，地球公转速度应不断减小 D．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的 解析：选C.要发生链式反应必须同时满足三个条件：①必须具有足够纯度的铀235(浓缩铀)；②铀块的体积必须大于或等于临界体积；③要有足够数量的慢中子，所以A错误；并不是所有的铀核都能发生裂变，所以B也是错误的；由于太阳在向外辐射能量的过程中，会出现质量亏损，由万有引力定律可知日地间的引力要减小，所以日地间的距离要不断增大，在向外运动的过程中由于要克服引力做功，故地球的公转速度要不断减小；粒子散射实验证明了原子是有核式结构的，所以D错误．只有C正确．故正确答案为C.‎ ‎5．(2020年惠州高二测试)北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术．太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是( )‎ A.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.U＋n→Xe＋Sr＋10n D.U→Th＋He 解析：选A.太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应．C项中为裂变，D项中为衰变，均不属聚变反应．故B、C、D不正确．‎ ‎6．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( )‎ A．NA×196 MeV B．235NA×196 MeV C．235×196 MeV D.×196 MeV 解析：选D.1 g纯235U有×NA个235U.因此1 g235U吸收中子完全发生核反应可以释放出×196 MeV能量．‎ 二、双项选择题 ‎7．关于聚变，以下说法中正确的是( )‎ A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量 B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 解析：选BD.两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A项错误．聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B项正确．裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15 m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C错，D正确．‎ ‎8．当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )‎ A．一定是稳定的 B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少 C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量 D．可以是多种形式的两个核的组合 解析：选BD.重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．‎ ‎9．2020年10月31日8时6分，中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在北京逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( )‎ A.N＋He―→O＋H B.U＋n―→Sr＋Xe＋10n C.U―→Th＋He D.H＋H―→He＋n 解析：选BD.“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重核的裂变与轻核的聚变，故应选B、D.‎ ‎10．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )‎ A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋n B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2‎ D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2‎ 解析：选AC.“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为H＋H→He＋n，而B选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为E＝mc2，D错误，故选项A、C正确．‎ 三、非选择题 ‎11．四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106 eV的能量，写出核反应方程，并计算1 g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．‎ 解析：该反应的核反应方程为：4H→He＋2e.‎ 由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为 E0＝2.8÷4×106 eV＝7×105 eV.‎ ‎1 g氢核(即1 mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个，应释放出的总能量E为：‎ E＝7×105×6.0×1023 eV＝4.2×1029 eV＝6.72×1010 J.‎ 答案：4H→He＋2e 6.72×1010 J ‎12．设氢弹内装的是氘和氚，试求在氢弹中当合成1 kg的氦时所释放出的能量．(氘核H的质量为2.0136 u，氚核H的质量为3.0166 u，氦核 He的质量为4.0026 u，中子的质量为1.0087 u)‎ 解析：弹壳内装的氘和氚在高温下聚变生成氦，核聚变方程为H＋H→He＋n.‎ 当一个氘核H与一个氚核H发生反应时放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5 MeV＝17.6 MeV.‎ ‎1 kg氦(He)中所含的原子核数目为 N＝nNA＝×6.02×1023个＝1.5×1026个．‎ 这样合成1 kg氦核He时所放出的总能量为 E＝N·ΔE＝1.5×1026×17.6 MeV＝2.64×1027 MeV.‎ 答案：2.64×1027 MeV