新教材2025版高中物理分層作業(yè)十九核裂變與核聚變新人教版選擇性必修第三冊(cè)

分層作業(yè)(十九)核裂變與核聚變A級(jí)必備學(xué)問(wèn)基礎(chǔ)練1.[2024·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，聚變汲取能量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eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(140),\s\do1(a))X＋eq\o\al(\s\up1(b),\s\do1(38))Y＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，其中eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n為中子，對(duì)于產(chǎn)物X的原子序數(shù)a和產(chǎn)物Y的質(zhì)量數(shù)b，以下推斷正確的是()A．a(chǎn)＝53，b＝93B．a(chǎn)＝54，b＝94C．a(chǎn)＝53，b＝94D．a(chǎn)＝54，b＝933．(多選)國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號(hào)”月面虹灣局部影像圖，如圖所示．科學(xué)家發(fā)覺在月球上含有豐富的eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He(氦3).它是一種高效、清潔、平安的核聚變?nèi)剂希鋮⒓拥囊环N核聚變反應(yīng)的方程式為eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He→2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He.關(guān)于eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)會(huì)有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采納eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He聚變反應(yīng)發(fā)電4．[2024·北京通州一模]嫦娥五號(hào)返回器將月球土壤勝利帶回地球．經(jīng)探討發(fā)覺月球土壤里富含的氦-3(eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He)是志向的熱核反應(yīng)原料，即利用一個(gè)氘核(eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)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)，下列說(shuō)法正確的是()A．新核X是eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．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)削減5．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)限制核裂變的反應(yīng)速度C．目前核電站是采納核裂變的鏈?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)程須要汲取能量6．[2024·云南昆明高二期末](多選)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)堆可以把核能干脆轉(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7.(多選)我國(guó)核聚變反應(yīng)探討大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2024年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)．下列關(guān)于聚變的說(shuō)法正確的是()A．核聚變比核裂變更為平安、清潔B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加8．[2024·廣東湛江模擬預(yù)料]核電站中核反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(141),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋201MeV(201MeV為本核式反應(yīng)釋放的核能)，以下說(shuō)法正確的是()A．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)方程式可寫為eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(141),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n9．[2024·山東聊城二模]2024年5月，中國(guó)的“人造太陽(yáng)”在1.2億攝氏度下，勝利“燃燒”101秒．這標(biāo)記著我國(guó)核聚變探討又獲得重大突破，核反應(yīng)方程是eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋X，為人類獲得可控核聚變能源奠定了商用的物理和工程基礎(chǔ)．下列說(shuō)法正確的是()A．核聚變可以在常溫下發(fā)生B．方程中的X表示中子eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，中子是查德威克發(fā)覺的C．該核反應(yīng)前后質(zhì)量守恒D．eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H的比結(jié)合能比eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的比結(jié)合能大10．一個(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m＝3.018u.(1)寫出聚變方程．(2)聚變釋放出的核能有多大？(3)平均每個(gè)核子釋放的能量有多大？B級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練11.[2024·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，穿透實(shí)力極強(qiáng)的中性粒子，可用ν表示)和另一種帶電粒子(用eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e表示)，且知每一次這樣的核反應(yīng)質(zhì)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(yáng)產(chǎn)生中微子的個(gè)數(shù)為()A．8×1037B．8×1038C．2×1037D．2×103812．[2024·陜西渭南一模](多選)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?cè)囼?yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性．在試驗(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eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))Be→2X.已知eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li、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931.5MeV的能量，則在該核反應(yīng)中()A．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＝18.88MeV13．(多選)質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)被認(rèn)為是恒星能量的一種可能來(lái)源，詳細(xì)的一個(gè)循環(huán)過(guò)程是這樣的：兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)發(fā)生聚變，生成一個(gè)氘核(eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)，生成的氘核(eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)再與一個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)聚變生成一個(gè)氦核(eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He)，接下來(lái)兩個(gè)氦核(eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He)發(fā)生聚變，生成氦的同位素(eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)，同時(shí)再產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)，這兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)再度發(fā)生聚變……進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)反應(yīng)，成為恒星不竭之能量源泉．對(duì)于這種質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eB．兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))HC．一個(gè)完整的質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eD．一個(gè)完整的質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為6eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H14．在可控核反應(yīng)堆中須要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑．中子在重水中可與eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H碰撞減速，在石墨中與eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C碰撞減速．上述碰撞可簡(jiǎn)化為彈性碰撞模型．某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨做減速劑，哪種減速效果更好？分層作業(yè)(十九)核裂變與核聚變1．解析：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，依據(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．答案：C2．解析：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．答案：B3．解析：聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過(guò)程會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量．但目前核電站都采納鈾核的裂變反應(yīng)．綜上所述，選項(xiàng)B、C正確．答案：BC4．解析：核反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H，則新核X是eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He,該反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；依據(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，則有質(zhì)量虧損，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．答案：A5．解析：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)整鎘棒的深度限制核裂變的反應(yīng)速度，故B正確；目前核電站是采納核裂變的鏈?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．答案：B6．解析：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．答案：CD7．解析：聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)生成的廢物數(shù)量少，簡(jiǎn)單處理；實(shí)現(xiàn)核聚變須要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了，由此可知，核聚變比核裂變更平安、清潔．選項(xiàng)A正確；核聚變是兩個(gè)輕核間的核反應(yīng)，并不是任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核釋放出能量，由質(zhì)能方程知，總質(zhì)量較聚變前減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加，選項(xiàng)D正確．答案：AD8．解析：這個(gè)反應(yīng)屬于重核裂變，故A錯(cuò)誤；中子由于速度大，假如鈾塊太小中子穿過(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)核子須要汲取的能量或核子結(jié)合成原子核所釋放的能量，兩者意義不同，故C錯(cuò)誤；eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(141),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n的寫法是錯(cuò)誤的，因?yàn)榧^左側(cè)的eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U是不會(huì)自發(fā)發(fā)生核反應(yīng)的，也不符合重核裂變的物理含義，故D錯(cuò)誤．答案：B9．解析：核聚變反應(yīng)屬于熱核反應(yīng)，必需在高溫下進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；依據(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)覺的，故B正確；該核反應(yīng)放出能量，依據(jù)愛因斯坦質(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eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H的比結(jié)合能比eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的比結(jié)合能小，故D錯(cuò)誤．答案：B10．解析：(1)聚變方程為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H.(2)質(zhì)量虧損Δm＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.018)u＝0.0067u.釋放的核能ΔE＝0.0067×931.5MeV＝6.24MeV.(3)平均每個(gè)核子釋放的能量eq\f(ΔE,n)＝eq\f(6.24,3)MeV＝2.08MeV.答案：(1)eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H(2)6.24MeV(3)2.08MeV11．解析：依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，得E0＝Δmc2＝5.0×10－29×(3×108)2J，每秒太陽(yáng)發(fā)生的核反應(yīng)的次數(shù)n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(3.8×1026×1,5.0×10－29×（3×108）2)＝8.4×1037，每秒鐘太陽(yáng)產(chǎn)生中微子個(gè)數(shù)為N＝2n＝2×1038，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：D12．解析：依據(jù)核反應(yīng)方程滿意質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知方程為eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，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＋m2－2m3＝0.02027u，則釋放的核能為ΔE＝(0.02027×931.5)MeV，解得ΔE＝18.88MeV，故C錯(cuò)誤，D正確．答案：AD13．解析：由題意及核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可得兩個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H)發(fā)生聚變，可表示為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s