2018_2019学年高中物理专题19核裂变和核聚变练习（含解析）.docx

课时19 核裂变和核聚变1太阳放出的能量来自于（）A重核裂变 B天然衰变C轻核聚变 D人工转变【答案】C【解析】太阳放出的能量来自于太阳内部剧烈的热核反应，即轻核聚变，故C正确，ABD错误。故选：C2一颗恒星的寿命取决于它的（）A温度 B颜色 C质量 D体积【答案】C【解析】因为天体大，质量大，万有引力就大，在巨大的引力下原子核之间的距离就更近，更容易引起核聚变，所以越大的恒星他的内部核聚变就越激烈，释放的能量也越大，燃料聚变的速度就越快，恒星死亡的也就越快。故选C.质量小的恒星其寿命几乎同宇宙一样长，达一百多亿年；质量大的恒星，其寿命却只有几百万到几千万年一般来说，质量越大，寿命越短3在下列叙述中，不正确的是（）A光电效应现象说明光具有粒子性B重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损C根据玻尔理论，氢原子从高能态跃迁到低能态时，原子向外释放光子，原子电势能和核外电子的动能均匀减小D电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性【答案】C【解析】光电效应说明光具有粒子性，故A说法正确；重核裂变和轻核聚变都释放能量，都有质量亏损，故B说法正确；氢原子辐射出一个光子后，原子能量减小，轨道半径减小，根据ke2r2=mv2r，知核外电子的动能增大，原子能量等于动能和电势能之和，则电势能减小。故C说法错误；任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故D说法正确。3现行人教版高中物理教材中有很多经典的插图能够形象的表现出物理实验、物理现象及物理规律，下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（）A甲图中，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子B乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大C丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由粒子组成D丁图中，链式反应属于轻核裂变【答案】B【解析】A. 卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A错误。B.根据光电效应规律可知在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，B正确。C.因为射线甲受洛仑兹力向左，所以甲带正电，是由粒子组成，C错误。D.链式反应属于重核裂变，D错误。4铀原子核发生衰变时衰变方程为92238U90234Th+X，其中92238U、90234Th、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则（）AX是质子Bm1m2m3C衰变时释放的能量为（m2m3m1）c2D若提高温度，92238U的半衰期不变【答案】D【解析】A项：根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误；B项：依据质量亏损，则m1m2+m3，故B错误；C项：根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量（m1-m2-m3）c2，故C错误；D项：衰期的大小与温度无关，故D正确。5下列说法正确的是（）A动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等B铀核裂变的一种核反应方程92235U56141Ba+3692Kr+201nC原子在a、b两个能量级的能量分别为Ea、Eb，且EaEb，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的波长=hEa-Eb（其中h为普朗克常量）D设质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是（2m12m2m3）c2【答案】D【解析】A项：根据德布罗意波长公式=hp，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长相等，则动量p也相等，但是质子质量比电子质量大得多，因此动能Ek=p22m不相等，故A 错误；B项：铀核裂变有多种裂变的方式，但是每一种都要有慢中子的参与，即反应方程的前面也要有中子。故核反应：92235U+01n56141Ba+3692Kr+301n，故B错误；C项：原子在a、b两个能量级的能量为Ea、Eb，且EaEb，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的能量为：E=hc=Ea-Eb，所以光子的波长为：=hcEa-Eb，故C错误；D项：根据爱因斯坦质能方程可知，设质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2，故D正确。6下列说法正确的是（）A卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了中子，并预言了质子的存在B爱因斯坦成功地解释了光电效应现象C玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱D地球上的核电站与太阳内部主要进行的核反应类型相同【答案】B【解析】A、卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在，中子是由他的学生查德威克发现的，故A错误；B、爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应现象，故B正确；C、玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子光谱，但是不能解释其他光谱，故C错误；D、地球上的核电站进行的核反应是核裂变，太阳内部进行的核反应是核聚变，类型不同，故D错误；7下列说法正确的是（）A康普顿效应表明光具有波动性B核反应方程92235U+01n56141Ba+3692Kr+xA中x=3，A为中子C将放射性元素的温度升高或降低，它的半衰期将发生改变D在光电效应现象中，光电子的最大初动能和入射光的频率成正比【答案】B【解析】康普顿效应表明光具有粒子性，选项A错误；根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，选项B正确；元素的半衰期由原子核内部因素决定，与所处和化学状态以及物理环境无关，选项C错误；根据光电效应方程可知，在光电效应现象中，光电子的最大初动能随入射光的频率增加而增加，但非成正比关系，选项D错误；故选B.9铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（）A若铀235的体积小于它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生B为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C镉棒也叫控制棒，用来调节中子数目以控制反应速度D能否发生链式反应与铀块的质量无关【答案】C【解析】要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应所以ABD错误。故C正确。10下列说法正确的是（）A链式反应在任何条件下都能发生B83212Bi的半衰期是1小时，质量为m的83212Bi经过3小时后还有16m没有衰变C中等核的比结合能较大，因此这些核是最稳定的D根据E=mc2可知，物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系【答案】C【解析】链式反应在满足临界体积与临界质量时，才能发生，A错误；经过3个小时，即经过3个周期，所以还剩下（12）3m=18m没有衰变，B错误；中等核的比结合能量大，比结合能越大，原子核越稳定，C正确；爱因斯坦的质能方程E=mc2，不是质量和能量可以相互转化，二者概念根本不同，不能简单地认为物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系，D错误11核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源，据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是（）A13H+12H24He+01n B94238Pu92234U+24HeC92235U+01n56141Ba+3692Kr+301n D1327Al+24He1530P+01n【答案】B【解析】核反应方程13H+12H24He+01n属于核聚变方程。故A错误核反应方程94238Pu92234U+24He属于放射性同位素的衰变，符合题意。故B正确核反应方程92235U+01n56141Ba+3692Kr+301n的质量数不守恒；正确核反应方程为：92235U+01n56141Ba+3692Kr+32属于核裂变。故C错误；核反应方程1327Al+24He1530P+01n属于人工核反应方程。故D错误故选：B。根据各个核反应方程的特点，由衰变的特点与衰变方程判断分析即可。12太阳能不断地向外辐射能量，其内部不断地发生着_（选填“重核裂变”、“轻核聚变”或“人工转变”），若用24He核轰击静止的714N核发生核反应，最终产生817O核和_核（填元素符号），已知24He、714N核的质量分别为m1、m2，产生的新核质量分别为m3和m4，则该反应放出的核能为_（已知真空中光速为c）。【答案】“轻核聚变”；11H；E=（m1+m2-m3-m4）c2【解析】太阳能不断地向外辐射能量，其内部不断地发生着“轻核聚变”；若用24He核轰击静止的714N核发生核反应，根据电荷数和质量数守恒可知：24He+714N817O+11H；由爱因斯坦质能方程E=mc2可知：该反应放出的核能为：E=（m1+m2-m3-m4）c2。13完成下列内容（1）请写出铀23892U发生衰变生成钍23490Th的核反应方程_（2）若在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为_（真空中的光速为c）。（3）放射性元素X的半衰期是2天，2g该元素经过4天还剩_g。【答案】23892U23490Th+42He E/c2 0.5【解析】（1）23892U23490Th+42He（2）根据质能方程E=mc2可解得该反应过程中质量亏损为m= E/c2（3）2g该元素经过4天还剩m=2（12）42g=0.5g能力提高之百尺竿头1如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是（）A铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些【答案】B【解析】铀235容易吸收慢中子后发生裂变反应，故A错误；快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故B正确；控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故CD错误。所以B正确，ACD错误。2关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是（）A来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能B来自太阳中碳元素氧化释放的化学能C来自太阳中重元素裂变反应释放的核能D来自太阳中本身贮存的大量内能【答案】A【解析】试题分析：太阳内部不断进行着热核反应，所以太阳辐射的主要由来是来自太阳中氢元素聚变反应释放核能，选项A正确。3在确保安全的前提下，我国将加大核电站建设。现已建成的核电站的能量来自于（）A天然放射性元素衰变放出的能量B人工放射性同位素放出的的能量C重核裂变放出的能量D轻核聚变放出的能量【答案】C【解析】试题分析：已建成的核电站的能量来自于重核裂变放出的能量，选项C正确4下列属于原子核裂变链式反应的是（）A原子弹爆炸B氢弹爆炸C核电站发电D太阳能辐射【答案】AC【解析】试题分析：如果原子核的链式反应在可控的核反应堆中进行，就可和平利用核能发电，若不加控制，就会发生原子弹爆炸，故该选项正确；氢弹爆炸是利用核聚变释放能量的原理制成的，故该选项错误；核电站是利用原子核的链式反应在可控制的核反应堆中进行，故该选项正确；太阳能辐射是以热传递的形式传递热量，故该选项不符合题意考点：考查了裂变反应和聚变反应5用中子轰击92235U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为92235U+01nX+3894Sr+201n，则以下说法中正确的是（）AX原子核中含有86个中子BX原子核的结合能比92235U原子核的结合能大CX原子核中核子的比结合能比92235U原子核中核子的比结合能大DX原子核中核子的平均质量比92235U原子核中核子的平均质量大【答案】AC【解析】由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有92-38=54个质子，235+1-94-2-54=86个中子，故A正确；92235U裂变的过程中释放能量，则92235U的比结合能小于X原子核的比结合能，故B错误，C正确；因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少，故D错误。6一个铍原子核（47Be）从最靠近核的 K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核（37Li），并放出一个不带电的质量接近零（质量可视为零）的中微子ve，人们把这种衰变叫“K俘获”。静止的铍核俘获电子的核反应方程为：47Be+-10e37Li+ve已知铍原子质量为MBe=7.016 929u，锂原子质量为 MLi=7.016 004u。已知 1u 的质量对应的能量约为 9.3102MeV。下列说法中正确的是（）A衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数减少 1B衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数不变C中微子所获得的能量 E v=0.86MeVD锂核所获得的动量 pLi 0【答案】ACD【解析】根据爱因斯坦质能方程求出核反应中释放的能量，根据动量守恒可知锂核所获得的动量pLi 0。根据47Be+-10e37Li+ve，可知衰变后的锂核与衰变前的铍核相比，质量数不变，电荷数减少 1，故A正确，B错误；在该核反应中质量亏损为E=（MBe- MLi）9.3102MeV=0.86MeV，所以中微子所获得的能量Ev=0.86MeV，故C正确；根据动量守恒可知锂核所获得的动量pLi 0，故D正确。所以ACD正确，B错误。本题比较简单考查了核反应方程、核能计算等基础知识，越是简单基础问题，越要加强理解和应用，为解决复杂问题打下基础，注意核反应方程的书写规律，及动量守恒定律的应用。7在某些恒星内，3个粒子结合成一个C，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u=1.6610-27 kg，则（）A反应过程中的质量亏损是m=0.007 8 uB反应过程中的质量亏损是m=1.294 810-29 kgC反应过程中放出的能量约为7.266 MeVD反应过程中放出的能量约为1.1610-19 J【答案】ABC【解析】AB、根据题意可知，核反应方程为：324He612C+E，反应中的质量亏损m=34.0026u-12.0000u=0.0078u，即m=0.00781.6610-27kg1.294810-29kg，故AB正确；CD、根据爱因斯坦质能方程可知E=mc2=1.29481029（3108）2J=1.1610-12J=1.1610-121.610-19eV=7.26MeV，故C正确，D错误。故选：ABC。8关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是（）A核反应堆发生的是轻核聚变反应B核反应堆发生的是重核裂变反应C放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关【答案】BC【解析】核电站是利用重核的裂变来发电的，重核的裂变形成的链式反应是可在人工控制下进行的，A错误B正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C正确D错误9下列说法中正确的是（）A发生衰变时，原子核发出电子，说明电子是原子核的组成部分B粒子的散射实验表明原子具有核式结构模型，还可确定各种元素原子核的电荷数C铀核裂变的核反应方程可能是92235U+01n54140Xe+3894Sr+201nD组成原子核的核子越多，它的结合能越大，比结合能越大，原子核越稳定【答案】BCD【解析】发生衰变时，原子核发出的电子是核内中子转化为质子时放出的，电子不是原子核的组成部分，选项A错误； 粒子的散射实验表明原子具有核式结构模型，还可确定各种元素原子核的电荷数，选项B正确；裂变是重核在中子轰击下裂变成轻核，铀核裂变的核反应方程可能是92235U+01n54140Xe+3894Sr+201n，选项C正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越大；比结合能是结合能与核子数之比，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确；故选BCD. 10太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和11H、24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核（11H）聚变成氦核（24He）,同时放出两个正电子（10e）.已知光速c=3108m/s,氢核质量mp =1.672610-27kg,氦核质量ma=6.645810-27kg,正电子质量me=0.9110-30kg.要求计算结果保留一位有效数字。则：（1）请写出题中所述核聚变的核反应方程；（2）求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）已知地球的半径R=6.4106m,日地中心距离r=1.51011m,忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失,每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P=1.81017J，求每秒钟太阳辐射的电子个数。【答案】（1）411H210e+24He；（2）4.210-12J；（3）3.41021个。【解析】（1）根据质量数与质子数守恒，即可书写。（2）根据爱因斯坦质能方程求出发生一次核聚变反应所释放的核能。（3）根据Pt=Nh求出每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数。详解：（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则有聚变反应的核反应方程为：411H24He+210e；（2）根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为：E=（4mp+2me-m）c2；代入数据解得：E=4.210-12J；（3）设每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数为N，根据题设条件可知：E0=Pt=Nh；所以有：N=Pth代入数据解得：N=3.41021个那么每秒钟太阳辐射的电子个数即为3.41021个，11太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射。已知氘核质量为2.013