人教版高二物理选修1-2第三章核能第四节裂变和聚变课后训练

人教版（新课程标准）高中物理选修1-2第三章核能

四、裂变和聚变课后训练

一、单选题

1.在核反应方程

1327Al+24

He →15

30P+X 中，X 表示的是（ ）

A. 质子

B. 中子

C. 电子

D. α粒子 2.下列说法正确的是( )

A. α 粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的

B. 比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定

C. 核力是短程力，其表现一定为吸引力

D. 质子、中子、 α 粒子的质量分别为 m 1 、 m 2 、 m 3 ，由2个质子和2个中子结合成一个 α 粒子，释放的能量是 (m 1+m 2?m 3)c 2

3.对下列各原子核变化的方程，表述正确的是（ ） A. 715N+11H →612C+2

4He 是α衰变 B. 13H+12

H

→24

He+01n

是β衰变 C.

92238U

→92234

Th+24He

是核裂变反应 D. 92235U+01n

→54

140Xe+3894

Sr+201n 是核裂变反应 4.已知氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，则两个氘核结合成一个氦核时( ) A. 释放出4.9 MeV 的能量 B. 释放出6.0 MeV 的能量 C. 释放出24.0 MeV 的能量 D. 吸收4.9 MeV 的能量

5.科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为： X+Y →H 24e+H 13+

4.9MeV 和 H 12+H 13→H 24e+X +17.6MeV ，下列表述正确的有（ ）

A. X 是质子

B. Y 的质子数是3，中子数是6

C. 氘和氚的核反应是核聚变反应

D. 两个核反应都没有质量亏损

6.有一种典型的铀核裂变，生成钡和氪，同时放出3个中子，其核反应方程可表示为， U 92235+

X →56144Ba +3689Kr +301

n 已知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 粒子是正电子

B. 核反应方程中，X 粒子是质子

C. U 92

235 、 B 56144a 和 K 3689r 相比， B 56144a 核的比结合能最大，所以最稳定

D. 裂变产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能

7.居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装饰材料含有放射性元素。这些放射性元素会发生衰变，放射出 α 、 β 、 γ 射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。关于放射性元素氡及三种射线，下列说法正确的是（ ）

A. γ 射线是高速电子流

B. 发生 α 衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2

C. β 衰变中释放的电子是核外电子

D. 三种射线中 α 射线的穿透能力最强，电离能力最弱 8.大量研究发现，太阳的巨大辐射能量来自于轻核聚变，事实上在宇宙中的许多恒星内部时刻在激烈地进行着聚变反应。目前在实验室中能观察到的一种典型的核聚变反应是 H 12+H 13→H 24e+n 01+17.6MeV ，对这

个反应的认识，下列说法正确的是（ ） A. 这个反应必须在高温下才能进行，是一种化学反应

B. 一个 H 1

2 和一个 H 1

3 的质量和一定小于一个 H 2

4e 和一个 n 0

1 的质量和

C. 反应中释放17.6MeV 的能量是以内能形式出现的

D. H 2

4e 的比结合能要大于 H 1

3 的比结合能

9.静止在匀强电场中的碳14原子核,某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a 、b 表示长度)．那么碳14的核反应方程可能是（ ）

A.

614

C →24He +410Be B. 614

C →1

e +514B C. 614C →-60e +714N D. 614

C

→12H+312B

10.一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q 1 ， 两个氘核发生核反应生成一个氦核，氘核聚变反应方程是 12H +12

H

→23He +01

n 。该反应放出的能量为Q 2 ， 聚变反应中生成氦

核的比结合能（ ） A.

Q 1+Q 2

3

B.

Q 1?Q 2

3

C.

2Q 1+Q 2

3

D.

2Q 2+Q 1

3

11.原子弹和氢弹所涉及的基本核反应方程有：① U 92235+n 01→S 3890r +X 54136

e

+10n 01 ，② H 12+H 13→H 24

e +

n

01

.关于这两个方程，下列说法正确的是（ ）

A. 方程①属于重核裂变

B. 方程②属于α衰变

C. 方程①的核反应是太阳能的源泉

D. 方程②中的 H 13 与 H 23e 互为同位素

12.现有核电站是利用核能发电，对于缓解能源危机起到了重要作用。我们现在利用核能发电主要是利用了（ ）

A. 重核的裂变

B. 轻核的聚变

C. 两种方式共存

D. 核能发电对环境污染严重

二、填空题

13.100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击60Ni 核也打出了质子：

2860Ni+24

He

→2962

Po+11H+X

，该反应中的X 是________（选填“电子”、“正电子”或“中子”）。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________（选填“核衰变”、“核裂变”或“核聚变”）。

14.太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是： 12

H +13H →24He +01

n .

①若已知 H 12 的质量为m 1 ，

13

H

的质量为m 2 ， 24H e

的质量为m 3 ， 01n

的质量为m 4 ，

则这个反应释放的核能 ΔE =________ . ②若已知

13H

的平均结合能是2.78MeV ，

12H

的平均结合能是1.09MeV ，

24H e

的平均结合能是

7.03MeV ， 则这个反应释放的核能 ΔE =________MeV 。（结果保留三位有效数字）

15.某核反应过程中产生了一种新的原子核X ，反应方程为 24 He + 714 N→ 817 O+ n m X ，将该方

程配平后，可知它的质量数m 为________电荷数n 为________

16.一静止的氡核( R 86222n )发生α衰变，放出一个速度为v 0、质量为m 的α粒子和一个质量为M 的反冲核钋(Po)，则衰变方程为________，反冲核的速度大小为________；

三、解答题

17.2个质子和1个中子结合成氦3( H 23e )反应方程式为： 2H 11+n 01=H 23e .已知每个质子质量为1.007277u ，

中子质量为1.008665u ，氦核的质量为3.002315u ，求 H 23e 的结合能．(已知1u ＝1.6606×10－27kg) 18.2015年，是我国纪念抗曰战争和世界反法西斯战争胜利70周年．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×l04tTNT 爆炸的能量（约8.4×1013J ），由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？（已知裂变的核反应方程 92

235

U+

1 n→

56

141 Ba+

36

92 Kr+3

1 n+201MeV ．阿伏加德罗常数

N A =6.02×1023）

19.裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核92235U 为燃料的反应堆中，当92235U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：92235U+01n ﹣→54139Xe+3894Sr+301n ．

已知92235U的原子质量为235.043 9u，01n的原子质量为1.008 7u，54139Xe的原子质量为138，917 8u，3894Sr 的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是多少MeV？保留三位有效数字．

答案

一、单选题 1.【答案】 B

【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，X 的电荷数为0，质量数为1，为中子，B 符合题意，ACD 不符合题意。 故答案为：B 2.【答案】 B

【解析】A ．α粒子散射实验的结果使卢瑟福根据它提出了原子的核式结构模型，A 不符合题意； B ．比结合能是衡量原子核结构是否牢固的指标，它越大原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定；B 符合题意；

C ．核力是短程力，其作用的范围是 10?15m ，其表现既有吸引力也有排斥力，C 不符合题意；

D ．2个质子和2个中子结合成1个α粒子，根据质能方程知： Δ

E =Δmc 2=(2m 1+2m 2?m 3)c 2 D 不符合题意。 故答案为：B 。 3.【答案】 D 【解析】A ． 715N+11H

→612

C+24He

是原子核的人工转变，A 不符合题意； B ． 13H+12

H →24He+0

1n 是轻核聚变反应，B 不符合题意； C ． 92238U

→92234Th+2

4He 是α衰变，C 不符合题意； D ．

92235U+01

n

→54

140Xe+3894Sr+201n 是重核裂变反应，D 符合题意。

故答案为：D 。 4.【答案】 C

【解析】核反应方程： 2H 12→H 24

e +γ

聚变反应前两个 H 12 的总结合能为E 1=1.1×4MeV=4.4MeV 反应后生成的氦核的结合能为E 2=7.1×

4MeV=28.4MeV 所以反应释放的核能△E=E 2-E 1=（28.4-4.4）MeV=24MeV. 故答案为：C 。 5.【答案】 C

【解析】

A ．在 H 12+H 13→H 24e+X +17.6MeV 反应中，根据电荷数守恒、质量数守恒，则X 的电荷数为0，质量数为1，可知X 是中子，A 不符合题意。

B ．根据 X+Y →H 24e+H 13+4.9MeV 可知，Y 的质子数是3，质量数为6，则中子数是3，B 不符合题意；

C ．氘和氚的核反应是核聚变反应，C 符合题意；

D ．两个核反应都放出能量，则都有质量亏损，D 不符合题意。 故答案为：C 。 6.【答案】 D

【解析】

AB ．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X 的电荷数为0，质量数为1，X 为中子，AB 不符合题意。 C ．由图可知，在Fe26附近原子核的比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小， U 92

235 、

B 56144

a

和 K 36

89r 相比， K 3689r 核的比结合能最大，所以最稳定，C 不符合题意；

D ．因裂变放出能量，则裂变产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能，D 符合题意。 故答案为：D 。 7.【答案】 B

【解析】A ． β 射线是高速电子流，A 不符合题意；

B ．发生 α 衰变时，电荷数少2，质量数少4，核子数少4，故中子数少2，所以生成核与原来的原子核相比，中子数少2，B 符合题意；

C ． β 衰变时所释放的电子来源于原子核中子转变质子而放出的，C 不符合题意；

D ．三种射线中， γ 射线的穿透能力最强，电离能力最弱，D 不符合题意。 故答案为：B 。 8.【答案】 D

【解析】A ．这个反应必须在高温下才能进行，它是一种核反应，不是化学反应，A 不符合题意； B ．这是一个放能反应，存在质量亏损，故一个 H 1

2 和一个 H 1

3 的质量和一定大于一个 H 2

4e 和一个 n 0

1

的质量和，B 不符合题意；

C ．反应中释放17.6MeV 的能量是以核能的形式出现的，C 不符合题意；

D ．核聚变反应是放能反应，生成物比反应物稳定，故 H 2

4e 的比结合能要大于 H 1

3 的比结合能，D 符合题

意。

故答案为：D 。 9.【答案】 A 【解析】设时间为t ，则 1

2a 1

t 2v 1t

=2 ，

1

2a 2

t 2v 2t

=4

而 a =

qE m

故有 q 1m 1v 1:q 2

m 2v 2=1:2 又因为动量守恒m 1v 1=m 2v 2 故q 1：q 2=1：2 A.

614C

→24He +4

10Be q 1：q 2=1：2. A 符合题意. B.

614

C

→1

e +514B

q 1：q 2=1：5. B 不符合题意. C.

614C

→-60e +714N

q 1：q 2=-6：7. C 不符合题意. D.

614

C

→12H+312B

q 1：q 2=1：3. D 不符合题意. 故答案为：A 10.【答案】 C

【解析】两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能量为2Q 1 ， 两个核子结合成氦核放出的能量为Q 2 ， 核子结合成氦核释放的能量为 2Q 1+Q 2 ，氦核的核子数等于3，氦核的比结合能为 2Q 1+Q 2

3

C 符合题意，AB

D 不符合题意。 故答案为：C 。 11.【答案】 A

【解析】A ．方程①是质量较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，A 符合题意； B ．方程②是质量较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，B 不符合题意； C ．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变，C 不符合题意； D ．同位素的质子数相同，D 不符合题意。 故答案为：A 。 12.【答案】 A

【解析】核能发电是利用铀原子核裂变时发出的核能来发电的，即利用了重核的裂变，A 符合题意，BCD 不符合题意。 故答案为：A 。 二、填空题

13.【答案】 中子；核裂变

【解析】反应中的X 质量数为1，电荷数为0，为中子；目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 14.【答案】 (m 1+m 2?m 3?m 4)c 2；17.6

【解析】①该方程的质量亏损为△m =m 1+m 2-m 3-m 4 ， 根据爱因斯坦质能方程：△E =△mc 2=（m 1+m 2-m 3-m 4）c 2 ． ②聚变反应前

12H

和

13H

的总结合能为：

E 1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV 反应后生成的氦核的结合能为： E 2=7.03×4MeV=28.12MeV

所以反应释放的核能△E =E 2-E 1=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV 15.【答案】 1；1

【解析】由核反应的质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数m 为：4+14-17=1；电荷数n 为：2+7-8=1. 16.【答案】 R 86222n →

P 84218

o

+H 24e ；

mv 0M

【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒，衰变方程为： 86222

Rn

→84218Po +24

He ，设钋核的反冲速度大小为

v ，由动量守恒定律有：0＝mv 0﹣Mv ，v =mv 0M

。

三、解答题

17.【答案】解:求出反应过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程即可求解．粒子结合前后的质量亏损Δm ＝2m H ＋m n －m α＝0.020904u

由质能方程ΔE ＝Δmc 2＝0.020904×

1.6606×10－27×(3.00×108)2J ＝3.1242×10－12 J. 【解析】根据核反应质量守恒先求解出核反应过程的质量亏损，再由质能方程计算能量，即为题目所求。 18.【答案】解：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201MeV 的能量，1mol 铀核裂变放出的能量为： △E 1=6.02×1023×201MeV=1.936×1013J ，

1mol 铀核的质量为0.235kg ，则原子弹中铀核的质量为： m= E

△E 1

×0.235kg=

8.4×10131.936×1013

×0.235kg=1.02kg ．

答：该原子弹中铀235的质量是1.02kg 【解析】本题考查核裂变释放能量的计算.

19.【答案】解：根据核反应方程92235U+01n ﹣→54139Xe+3894Sr+301n ．

那么质量亏损△m=（235.043 9+1.008 7﹣138.917 8﹣93.915 4﹣3×1.008 7）=0.1929U 根据爱因斯坦质能方程得：△E=△mc 2

且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，因此放出能量△E=1.79×102MeV．

答：此裂变反应释放出的能量是1.79×102MeV．

【解析】根据核反应前后的质量得出质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量．