7.4裂變與聚變學(xué)科素養(yǎng)提升練-2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期物理滬教版（2019）選擇性必修第三冊（word含答案）

7.4裂變與聚變學(xué)科素養(yǎng)提升練（解析版）一、選擇題1．我國科學(xué)家為解決“玉兔二號”月球車長時間處于黑夜工作的需要，研制了一種小型核能電池，將核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，需要的功率并不大，但要便于防護(hù)其產(chǎn)生的核輻射。請據(jù)此猜測“玉兔二號”所用核能電池有可能采納的核反應(yīng)方程是（）A． B．C． D．2．黃旭華是中國核潛艇研究設(shè)計專家、核潛艇之父，2019年獲國家最髙科學(xué)技術(shù)獎，核潛艇是以核反應(yīng)堆為動力來源的潛艇，如圖，反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為：，下列說法正確的是（）A．Kr有36個質(zhì)子，89個中子B．比的平均結(jié)合能小C．核反應(yīng)前、后原子核的總質(zhì)量保持不變D．鎘棒插入深些會吸收更多反應(yīng)生成的中子使反應(yīng)減慢3．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是（）A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小B．有6個放射性元素的原子核，當(dāng)有3個發(fā)生衰變所需的時間就是該元素的半衰期C．在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子數(shù)不變但存在質(zhì)量虧損D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（）的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變4．1932年，考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實驗，驗證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實驗中，鋰原子核俘獲一個質(zhì)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(yīng)方程為。已知、、X的質(zhì)量分別為、、，光在真空中的傳播速度為c，則在該核反應(yīng)中（）A．質(zhì)量虧損B．釋放的核能C．鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5D．X表示的是氚原子核5．20世紀(jì)60年代，我國以國防為主的尖端科技取得了突破性的發(fā)展。1964年，我國第一顆原子彈試爆成功；1967年，我國第一顆氫彈試爆成功。關(guān)于原子彈和氫彈，下列說法正確的是（）A．原子彈和氫彈都是根據(jù)核裂變原理研制的B．原子彈和氫彈都是根據(jù)核聚變原理研制的C．原子彈是根據(jù)核裂變原理研制的，氫彈是根據(jù)核聚變原理研制的D．原子彈是根據(jù)核聚變原理研制的，氫彈是根據(jù)核裂變原理研制的6．能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一。下列核反應(yīng)方程及其表述都正確的是（）A．He＋Al→P＋H是原子核的人工轉(zhuǎn)變B．F＋H→O＋He是α衰變C．H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)D．U→Sr＋Xe＋3n是核裂變反應(yīng)7．2021年國慶期間播放的電視劇《功勛》中,介紹了我國核潛艇之父黃旭華隱姓埋名30年,埋下頭甘心做沉默的砥柱,如深海中的潛艇,無聲但有無窮的力量。核潛艇以核反應(yīng)堆作動力源,其中一種核反應(yīng)方程是，、生成物X的比結(jié)合能分別為8.4MeV、8.7MeV,下列說法正確的是（）A．X比更穩(wěn)定 B．X的結(jié)合能比的結(jié)合能大C．X的質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 D．該反應(yīng)是核聚變反應(yīng)8．核潛艇是以核反應(yīng)堆為動力來源的潛艇，有一種核裂變方程為，下列說法正確的是（）A．裂變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量變成了能量B．裂變反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損導(dǎo)致質(zhì)量數(shù)不守恒C．X原子核中有54個質(zhì)子D．X原子核比鈾核的平均結(jié)合能小9．下列說法正確的是（）A．湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)認(rèn)為原子核還有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B．原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，這就是β衰變C．一個氘核與一個氚核聚變生成一個氦核的同時，放出一個質(zhì)子D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能增大，電勢能增大，原子的總能量增大10．核動力航空母艦因其性能強(qiáng)勁堪稱海上霸主，它利用可控制核裂變釋放的核能獲得動力，核反應(yīng)方程為：。已知光在真空中速度為c，的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為。下列說法正確的是（）A．X為中子，B．反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為C．三種比結(jié)合能的大小關(guān)系為D．此核裂變釋放核能約為11．物理學(xué)家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)。根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核（）轉(zhuǎn)化成一個氦核（He）和兩個正電子（e）并放出能量。已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.0073u，粒子的質(zhì)量mα＝4.0026u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u。1u的質(zhì)量對應(yīng)931.5MeV的能量，估算一次這樣的熱核反應(yīng)釋放出的能量（）A．22MeV B．24MeV C．26MeV D．20MeV12．著名核物理學(xué)家鄧稼先領(lǐng)導(dǎo)著許多學(xué)者和技術(shù)人員，成功地設(shè)計了中國原子彈和氫彈，把中國國防自衛(wèi)武器引領(lǐng)到了世界先進(jìn)水平，被譽(yù)為原子彈之父。若原子彈爆炸的核反應(yīng)方程為，則（）A．此核反應(yīng)為聚變反應(yīng)B．核反應(yīng)前后原子核總質(zhì)量保持不變C．核反應(yīng)生成的新核的比結(jié)合能比軸核的小D．根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，上述方程中13．科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→He＋H＋4.9MeV和H＋H→He＋X＋17.6MeV，下列表述正確的有（）A．X是中子 B．Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6C．兩個核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)14．下列說法中正確的是（）A．鈾核裂變的核反應(yīng)是U→Ba＋Kr＋2nB．已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是（2m1＋2m2－m3）c2C．鈾（U）經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛（Pb）的過程中，有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D．一個處于n=5能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射10種不同頻率的電磁波15．用中子轟擊原子核產(chǎn)生裂變反應(yīng)，其中一個可能的裂變方程已知為，、Y、、的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，光在真空中的傳播速度為c。下列敘述正確的是（）A．中有89個核子B．Y原子核中含有56個中子C．裂變時釋放的能量為（m1-m2-m3-2m4）c2D．的比結(jié)合能大于Y原子核的比結(jié)合能二、解答題16．地球上存在3個天然放射系，即釷系、鈾系和錒系，它們的母體半衰期很長，其中大多數(shù)成員具備a放射性，少數(shù)具有β放射性，一般都伴隨γ輻射，經(jīng)過不斷衰變最終都變成穩(wěn)定的鉛同位素，其中釷系與鈾系的衰變過程如下所示。釷系∶，鈾系∶，已知的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4、m5，光速用c表示。（1）寫出釷系衰變過程中X粒子的種類；（2）求釷系衰變成穩(wěn)定的鉛同位素的過程中發(fā)生β衰變的次數(shù)并寫出推導(dǎo)過程；（3）求鈾系衰變成穩(wěn)定的鉛同位素的過程中放出的能量。17．兩個氘核（）聚變時產(chǎn)生一個氦核（，氦的同位素）和一個中子，已知氘核的質(zhì)量為M，氦核（）的質(zhì)量為，中子的質(zhì)量為．以上質(zhì)量均指靜質(zhì)量，不考慮相對論效應(yīng)．（1）請寫出核反應(yīng)方程并求兩個氘核聚變反應(yīng)釋放的核能；（2）為了測量產(chǎn)生的氦核（）的速度，讓氦核垂直地射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，測得氦核在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的半徑為R，已知氦核的電荷量為q，氦核的重力忽略不計，求氦核的速度v及氦核做圓周運動的周期T；（3）要啟動這樣一個核聚變反應(yīng)，必須使氘核（）具有足夠大的動能，以克服庫侖斥力而進(jìn)入核力作用范圍之內(nèi)．選無窮遠(yuǎn)處電勢能為零，已知當(dāng)兩個氘核相距為r時，它們之間的電勢能（k為靜電力常量）．要使兩個氘核發(fā)生聚變，必須使它們之間的距離接近到，氘核的重力忽略不計．那么，兩個氘核從無窮遠(yuǎn)處以大小相同的初速度相向運動發(fā)生聚變，氘核的初速度至少為多大？參考答案1．A【詳解】A．此核反應(yīng)是人工放射性同位素的衰變反應(yīng)，是小型核能電池主要采用的反應(yīng)方式，故A正確；B．此核反應(yīng)是聚變反應(yīng)，反應(yīng)劇烈，至今可控聚變反應(yīng)還處于各種實驗研究階段，所以不宜采用，故B錯誤；C．此核反應(yīng)是人工核轉(zhuǎn)變反應(yīng)，需要高能α粒子，在月球上不宜實現(xiàn)，故C錯誤。D．此核反應(yīng)是重核裂變反應(yīng)，雖然實現(xiàn)了人工控制，但因反應(yīng)劇烈，防護(hù)要求高還不能小型化，目前只是一些大型的核電站采用，故D錯誤；故選A。2．D【詳解】A．Kr有36個質(zhì)子，中子個數(shù)為A錯誤；B．中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能比重核大，所以比的平均結(jié)合能大，B錯誤；C．重核裂變要放出能量，核反應(yīng)前、后原子核的總質(zhì)量減少，C錯誤；D．鎘棒插入深些會吸收更多反應(yīng)生成的中子使反應(yīng)減慢，D正確。故選D。3．C【詳解】A．半衰期與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯誤；B．半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用，故B錯誤；C．在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子數(shù)不變，因為衰變釋放能量，根據(jù)ΔE=Δmc2可知，反應(yīng)前后存在質(zhì)量虧損，故C正確；D．由質(zhì)量數(shù)守恒知238=206+4×8經(jīng)過8次α衰變。再由電荷數(shù)守恒知92=82+2×8?6可知經(jīng)過6次β衰變。故D錯誤。故選C。4．B【詳解】CD．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，可知方程為則，，鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4，X表示的是氦核，故CD錯誤；AB．核反應(yīng)質(zhì)量虧損為則釋放的核能為故A錯誤，B正確；故選B。5．C【詳解】原子彈是根據(jù)重核裂變研制的，而氫彈是根據(jù)輕核聚變研制的，故ABD錯誤，C正確。故選C。6．C【詳解】A．該方程書寫錯誤，電荷數(shù)兩邊不相等，故A錯誤；B．該方程是人工轉(zhuǎn)變方程，故B錯誤；C．該方程是核聚變反應(yīng)，故C正確；D．該方程書寫錯誤，反應(yīng)物中應(yīng)該有中子，故D錯誤。故選C。7．A【詳解】A．X比的比結(jié)合能大，因此X比更穩(wěn)定，A項正確；B．X的核子數(shù)明顯比小，因此X的結(jié)合能比的結(jié)合能小，B項錯誤；C．根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得到X的質(zhì)子數(shù)為54，中子數(shù)為78，C項錯誤；D．該反應(yīng)是重核的裂變反應(yīng)，D項錯誤。故選A。8．C【詳解】AB．裂變反應(yīng)中釋放核能有質(zhì)量虧損，但質(zhì)量數(shù)守恒，質(zhì)量與能量之間存在一定的關(guān)系，但不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，選項AB錯誤；C.由于核反應(yīng)中電荷數(shù)守恒，故X原子核中有54個質(zhì)子，選項C正確；D．重核的裂變是由平均結(jié)合能小的重核在中子的轟擊下裂變成平均結(jié)合能較大的中等質(zhì)量的原子核，所以X原子核比鈾核的平均結(jié)合能大，選項D錯誤。故選C。9．B【詳解】A．湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)認(rèn)為原子還有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)則揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故A錯誤；B．β衰變的核反應(yīng)方程為產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外就是β粒子，故B正確；C．由核反應(yīng)方程得同時放出的是一個中子，故C錯誤；D．根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子獲得能量，從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，原子總能量增大，由于庫侖引力提供向心力，即即半徑增大則電子動能減小，由于庫侖力做負(fù)功，則電勢能增大，故D錯誤。故選B。10．D【詳解】A．由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可得故X為中子，，A錯誤；D．此核裂變釋放核能約為D正確；B．據(jù)質(zhì)能方程可得，反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為B錯誤；C．如圖所示

據(jù)比結(jié)合能曲線圖可知C錯誤。故選D。11．B【詳解】一次這樣的熱核反應(yīng)質(zhì)量虧損一次這樣的熱核反應(yīng)釋放出的能量故選B。12．D【詳解】A．此核反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，故A錯誤；B．核裂變和核聚變反應(yīng)都存在質(zhì)量虧損，故B錯誤；C．因為比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定，所以核反應(yīng)生成的新核的比結(jié)合能比軸核的大，故C錯誤；D．根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，則有235+1=A+144+3解得A=89故D正確。故選D。13．AD【詳解】A．根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知X是，所以為中子，A正確；B．Y應(yīng)為，所以Y的質(zhì)子數(shù)為3，核子數(shù)為6，中子數(shù)為3，B錯誤；C．兩核反應(yīng)均有能量釋放，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，兩核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損，C錯誤；D．由聚變反應(yīng)概念知，D正確。故選AD。14．BC【詳解】A．鈾核裂變時要用中子轟擊鈾核才能產(chǎn)生核反應(yīng)，不能直接反應(yīng)，故A錯誤；B．已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，因兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子，那么質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，質(zhì)量虧損為2m1＋2m2－m3，釋放的能量是E=（2m1＋2m2－m3）c2故B正確；C．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知238-206=4×8發(fā)生8次α衰變；92=82＋2×8-6發(fā)生6次β衰變，β衰變的實質(zhì)即為中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時釋放電子，所以有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，故C正確；D．一個處于n=5能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中最多能夠輻射4種不同頻率的電磁波，故D錯誤；故選BC。15．AC【詳解】A．的質(zhì)量數(shù)為89，則中有89個核子，故A正確；B．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，Y的質(zhì)量數(shù)為A=235＋1－89－3=144電荷數(shù)為z=92－36=56可知Y原子核中含有56個質(zhì)子，中子數(shù)為144－56=88個故B錯誤；C．由于核裂變的過程中釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得故C正確；D．比結(jié)合能的大小反應(yīng)原子核的穩(wěn)定程度，Y原子核比原子核更穩(wěn)定，的比結(jié)合能小于Y原子