粤教版高中物理选修三5.5裂变和聚变练习4（含答案）

20222023学年新教材粤教版（2019）高中物理选择性必修三5.5裂变和聚变同步练习一．多选题（共8小题）（多选）1．核潜艇制造专家黄旭华获得2019年国家最高科学技术奖。我国核潜艇是以核反应炉为动力来源的潜艇，其核反应堆中可能的一个核反应方程为U+n→Ba+Kr+xn。下列说法正确的是（）A．该核反应属于原子核的衰变 B．其中Ba核的平均结合能比U核的小 C．该核反应方程式中x＝3 D．该反应堆中发生的是链式反应，因每次生成的中子会使新铀核连续不断地发生裂变（多选）2．下列说法正确的是（）A．发生光电效应现象的条件是入射光的波长小于金属的极限波长 B．按照玻尔理论一个处于n＝4能级的氢原子，跃迁可以产生6种光子 C．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长 D．重核裂变发生链式反应的条件之一是裂变物质的体积大于或等于临界体积（多选）3．2020年12月4日，一个应该载入世界核聚变史册的日子。核聚变关键装置“中国环流器二号M装置”首次放电，标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术。该装置内释放核能的核反应方程为H+H→He+X，对此以下说法正确的是（）A．核反应产物中的X粒子为n B．反应后核子的总质量等于反应前核子的总质量 C．反应后产生的新核的比结合能变大 D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应（多选）4．He与H的核聚变反应不产生温室气体和放射性物质，是一种清洁、环保的能源，对今后人类社会的可持续发展具有深远意义，其核反应方程为：He+H→Li+X（X表示某种粒子），则下列说法正确的是（）A．X为电子，最早由汤姆逊通过实验发现 B．X为中子，最早由查德威克通过实验发现 C．Li原子核的比结合能比He原子核的比结合能大 D．该核反应很容易发生，是目前利用核能的主要方式（多选）5．已知π+介子、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电量如表所示，表中e为元电荷。π+π﹣ud带电量+e﹣e下列说法正确的是（）A．π+由u和组成 B．π+由d和组成 C．π﹣由u和组成 D．π﹣由d和组成（多选）6．铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为：U+n→X+Kr+3n，衰变方程为：U→Y+He，则下列说法正确的是（）A．裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量 B．裂变产生的新核X中含有88个中子 C．衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大 D．核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变（多选）7．用中子（n）轰击铀核（U）产生裂变反应，会产生钡核（Ba）和氪（Kr）并释放中子（n），当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核（U）裂变时，释放的能量约为200MeV（1eV＝1.6×10﹣19J）。以下说法正确的是（）A．U的裂变方程为U→Ba+Kr+n B．U的裂变方程为U→Ba+Kr+3n C．U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10﹣28kg（多选）8．下列说法正确的是（）A．核反应堆可以利用重水作为慢化剂减缓重核裂变的反应速度 B．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线 C．较重的核分裂成中等大小的核，或较轻的核聚合成中等大小的核，核子的比结合能都会减小 D．Np经过一系列衰变后变成Bi，此过程一共发生了7次α衰变和4次β衰变二．填空题（共3小题）9．重核裂变重核被轰击后分裂成两块质量的新原子核，释放出的反应。用轰击铀核，铀核发生裂变，铀核裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是生成钡和氪，同时放出3个中子。核反应方程式为：+→10．两个轻核结合成质量较大的核的反应叫，轻核聚变反应必须在下进行，因此又叫热核反应。核聚变反应举例：→++17.6MeV．聚变的特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能的能量。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠的热就可以使反应继续下去。11．粒子的概念（1）“基本粒子”不基本①传统的“基本粒子”：光子、、质子和。②“基本粒子”不基本的原因科学家们逐渐发现了数以百计的的新粒子。科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的。（2）发现新粒子①新粒子：1932年发现了，1937年发现，1947年发现K介子和π介子及以后发现的超子、反粒子等。②分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为：强子、轻子和。（3）夸克模型①夸克模型的提出：1964年美国物理学家提出了强子的夸克模型，认为强子是由构成的。②分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的或，每种夸克都有对应的。③意义：电子电荷不再是电荷的，即存在分数电荷。三．解答题（共2小题）12．在某种人工核聚变反应中，一个氘核（H）与一个氚（H）核发生反应，两个生物之一为氦核（He．下表中列出了部分粒子的质量（1u相当于931.5MeV的能量）粒子名称氘核氚核质子氦核电子中子质量/u2.01363.01521.00734.00150.00051.0087①写出该核聚变的该反应方程；②计算发生一次核反应释放的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．13．2007年3月1日，国家重大科学工程项引“EAST超导托卡马克核聚变实验装置“在合肥顺利通过了国家发改委组织的国家竣工验收。作为核聚变研究的实验设备，EAST可为未来的聚变反应堆进行较深入的工程和物理方面的探索，其目的是建成一个核聚变反应堆，届时从1升海水中提取氢的同位素氘。在这里和氚发生完全的核聚变反应，释放可利用能量相当于燃烧300公升汽油所获得的能量。这就相当于人类为自己制造了一个小太阳。可以得到无穷尽的清洁能源。作为核聚变研究的实验设备，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内，约束的办法有多种。其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料。如图所示为EAST部分装置的简化模型：垂直纸面的有环形边界的匀强磁场b区域，围着磁感应强度为零的圆形a区域，a区域内的离子向各个方向运动。离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束。设离子质量为m，电荷量为q，环形磁场的内半径为R1，外半径R2＝（1+）R1。（1）将下列核反应方程补充完整，指出哪个属于核聚变方程。并求出聚变过程中释放的核能E0．已知H的质量为m2，H的质量为m3．α粒子的质量为mα，n的质量为mn质子质量为mp，电子质量为me，光速为cA、H+H→He+B、U+n→Xe+Sr+C、Ra→Rn+D、Na→Mg+（2）若要使从a区域沿任何方向，速率为v的离子射入磁场时都不能越出磁场的外边界，则b区域磁场的磁感应强度至少为多大？（3）若b区域内磁场的磁感应强度为B．离子从a区域中心o点沿半径OM方向以某一速度射入b区域，恰好不越出磁场的外边界。请画出在该情况下离子在ab区域内运动一个周期的轨迹，并求出周期。20222023学年新教材粤教版（2019）高中物理选择性必修三5.5裂变和聚变同步练习参考答案与试题解析一．多选题（共8小题）1．【考点】重核的裂变；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；结合能与比结合能．【解答】解：A、该核反应为原子核的裂变，故A错误；B、平均结合能你用来描述原子核的稳定性的，由不稳定的铀235裂变得到的钡核，相对U235是较稳定的，因此钡核的平均结合能大于铀核大，故B错误；C、由于原子核的裂变反应过程中，质量数、电荷数都守恒，故由质量数守恒可得：235+1＝144+89+x，可得x＝3，故C正确；D、该反应为链式反应，反应会持续产生中子，一直裂变，故D正确；故选：CD。2．【考点】链式反应及其发生条件；光电效应；玻尔理论与氢原子的能级跃迁．【解答】解：A、根据光电效应方程EKm＝h﹣h．入射光的波长必须小于极限波长，才能发生光电效应。故A正确。B、处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁，最终跃迁到基态，跃迁情况可能是：4→1，释放1种频率的光子。4→3→1，4→2→1，释放2种频率的光子。4→3→2→1，释放3种频率的光子。故B错误。C、半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关，故C错误。D、当不是临界体积时，不会发生持续的裂变链式反应，有利于裂变燃料的贮存；当超过临界体积，则可发生持续的裂变反应，故D正确。故选：AD。3．【考点】轻核的聚变；结合能与比结合能；质量亏损与质能方程．【解答】解：A、核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，X的核电荷数为1+1﹣2＝0，质量数为2+3﹣4＝1，所以X粒子为n，故A正确；B、核聚变反应放出电能，根据爱因斯坦质能方程可知，有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故B错误；C、因反应放出核能，反应后核子的平均质量减小，则反应后产生的新核的比结合能变大，故C正确；D、世界各地正在运行的核电站中的主要核反应为重核裂变，故D错误；故选：AC。4．【考点】轻核的聚变．【解答】解：AB、根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，是原子核的组成部分，最早由查德威克通过实验发现，故A错误，B正确；C、反应过程放出能量，说明生成物比反应物更稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，所以的比结合能大于的比结合能，故C正确；D、该核反应不是目前利用核能的主要方式，因为该核聚变不可控，目前利用核能发电的是重核裂变，故D错误；故选：BC。5．【考点】基本粒子；原子的核式结构．【解答】解：由题意可知，π+带电量为+e，故由u和组成；π﹣带电量为﹣e，故由d和组成组成，故AD正确，BC错误。故选：AD。6．【考点】重核的裂变；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；结合能与比结合能．【解答】解：A、根据核反应的特点可知，裂变与衰变都放出能量。故A错误；B、根据电荷数守恒和质量数守恒，可知X的质量数为144，电荷数为56，X原子核中含有的中子数为88，故B正确；C、衰变产生的新核Y比铀核更稳定，故衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大，故C正确；D、半衰期的大小与温度无关。故D错误。故选：BC。7．【考点】链式反应及其发生条件；质量亏损与质能方程；重核的裂变．【解答】解：A、重核裂变需要其它粒子轰击，书写核反应方程时，方程式两边的中子不能约去，故A、B错误。C、链式反应在进行过程中，还需要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，故C正确。D、根据释放出来的核能，结合质能方程△E＝△mc2可知，反应过程中，亏损质量为：≈3.6×10﹣28kg．故D正确。故选：CD。8．【考点】反应堆与核电站；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；原子核的衰变及半衰期、衰变速度；结合能与比结合能．【解答】解：A、核反应堆可以利用重水作为慢化剂减缓中子的速度，而是用镉棒控制重核裂变的反应速度，故A错误；B、放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ射线，故B正确；C、较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核，即发生裂变与聚变反应，它们的比结合能都会增加，故C错误；D、设经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得：237＝209+4x，93＝83+2x﹣y，解得：x＝7，y＝4，故D正确。故选：BD。二．填空题（共3小题）9．【考点】重核的裂变．【解答】解：重核裂变重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核，释放出核能的反应。用中子轰击铀核，铀核发生裂变，铀核裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是生成钡和氪，同时放出3个中子。核反应方程式为：+→。故答案为：中子差不多核能中子。10．【考点】轻核的聚变．【解答】解：两轻核结合成质量较大的核，叫核聚变，聚变反应必须高温高压下才能发生，核反应一旦发生，靠自身产生的热就能使反应继续，不再需要外界给它能量，核聚变反应方程：→++17.6MeV。消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能产生更多的能量，故答案为：核聚变高温产生更多自身产生11．【考点】基本粒子．【解答】解：粒子的概念（1）“基本粒子”不基本①传统的“基本粒子”：光子、电子、质子和中子。②“基本粒子”不基本的原因科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子。科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。（2）发现新粒子①新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子及以后发现的超子、反粒子等。②分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为：强子、轻子和媒介子。（3）夸克模型①夸克模型的提出：1964年美国物理学家提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。②分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的或，每种夸克都有对应的反夸克。③意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。故答案为：（1）①电子中子②不同种类复杂的结构（2）①正电子μ子②媒介子（3）①夸克②+﹣反夸克③最小单元。三．解答题（共2小题）12．【考点】重核的裂变；质量亏损与质能方程．【解答】解：①根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：H+H→He+n；②：一次核反应方程的质量亏损为：△m＝mP+mD﹣mα﹣m中＝2.0136+3.0152﹣4.0015﹣1.0087u＝0.0186u发生一次核