全优课堂·物理·选择性必修第三册(人教版) 课后提升训练 试题及答案 第5章　4

第五章4基础对点练考点1核裂变和核电站1．(2024年铜仁模拟)铀235(eq\o\al(235,92)U)裂变的产物是多样的，其中一种裂变的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,x)Ba＋eq\o\al(y,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，方程中的x、y分别是()A．53，89 B．56，86C．53，86 D．56，89【答案】D【解析】根据质量数与电荷数守恒有235＋1＝144＋y＋3，92＝x＋36，解得x＝56，y＝89，故选D．2．钚-239(eq\o\al(239,94)Pu)裂变释放出的快中子，被铀-238(eq\o\al(238,92)U)吸收，铀-238就转变为铀-239，铀-239再经过衰变转变为易裂变的钚-239，这就是核燃料的“增殖”过程．下列说法正确的是()A．钚-239裂变产生的新核核子平均质量比钚-239核子平均质量大B．铀-238吸收中子转变为铀-239的核反应方程为eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)UC．铀-239衰变转变为钚-239，同时释放一个α粒子D．轴-239衰变转变为钚-239，同时释放一个β粒子【答案】B【解析】钚-239裂变过程释放能量，有质量亏损，因此钚-239裂变产生的新核核子平均质量比钚-239核子平均质量小，A错误；根据质量数与电荷数守恒可知，铀-238吸收中子转变为成铀-239的核反应方程为eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)U，B正确；根据质量数、电荷数守恒可知，铀-239衰变转变为钚-239的过程有239－239＝0，92－94＝－2可知，该过程释放两个β粒子，C、D错误．3．华能石岛湾高温气冷堆核电站是我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站．核反应堆是核电站的心脏，它是通过可控链式核裂变反应来实现核能利用的．一个eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→yxSr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，下列说法正确的是()A．核反应方程中Sr的中子数为56B．核反应方程中Sr的质量数为92C．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D．因为裂变释放能量，Xe原子核的比结合能应比U原子核的小【答案】A【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可得235＋1＝y＋139＋3，92＝x＋54，解得y＝94，x＝38，所以核反应方程中Sr的中子数为z＝y－x＝56，A正确，B错误；核裂变释放能量，会出现质量亏损，但是总质量数不变，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，eq\o\al(235,92)U原子核裂变得到Xe原子核，说明Xe原子核比eq\o\al(235,92)U原子核稳定，即Xe原子核的比结合能应比eq\o\al(235,92)U原子核的大，D错误．4．(2024年北京质检)下列核反应中属于核裂变的是()A．eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e B．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(22,10)Ne＋eq\o\al(1,1)H D．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【答案】B【解析】eq\o\al(24,11)Na转变为eq\o\al(24,12)Mg，同时释放出一个电子，这是β衰变，不是核裂变，A不符合题意；eq\o\al(235,92)U核在中子的轰击下，裂变为较小的eq\o\al(140,54)Xe核和eq\o\al(94,38)Sr核，同时释放出两个中子，这是原子核的裂变，B符合题意；eq\o\al(19,9)F核在eq\o\al(4,2)He的轰击下转变为eq\o\al(22,10)Ne，同时释放出一个质子，这是人工转变原子核，不是核裂变，C不符合题意；D核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，D不符合题意．考点2核聚变和可控核聚变技术5．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.关于eq\o\al(3,2)He聚变，下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用eq\o\al(3,2)He聚变反应发电【答案】B【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段．6．下列四个核反应方程，属于聚变的是()A．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H B．eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HC．eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(22,10)Ne＋eq\o\al(1,1)H D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n【答案】B【解析】A．该核反应是原子核的人工转变，A错误；B．该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，B正确；C．该核反应是高能粒子轰击原子核使之转变为另一种原子核，属于原子核的人工转变，C错误；D．该核反应是重核分裂成两个质量较小的原子核，属于裂变，D错误．7．(2024年烟台联考)中国科学家在人造太阳领域取得了重大突破，新一代人造太阳“中国环流三号”成功完成了一系列实验，并取得了重大科研进展，标志着我国掌握了可控核聚变高约束先进控制技术．若两个氘核对心碰撞发生核聚变，核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X.其中氘核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，下列说法中正确的是()A．X为质子B．该核反应前后核子的总质量相等C．该核反应释放的核能为3E2－4E1D．氦核的比结合能E2小于氘核的比结合能E1【答案】C【解析】根据核反应方程满足电荷数守恒和质量数守恒，可知X为eq\o\al(1,0)n，是中子，A错误；两个氘核对心碰撞发生核聚变，质量亏损释放核能，则反应前的总质量大于反应后的总质量，B错误；核反应释放核能等于生成物结合释放的能量与反应物拆开吸收能量之差，故有ΔE＝3E2－4E1，C正确；因氦核的结合释放的能量大于氘核拆开吸收的能量，则氦核的比结合能E2大于氘核的比结合能E1，D错误．8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．这个核反应是裂变反应B．这个反应的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)n＋γC．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．辐射出的γ光子在真空中的波长λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)【答案】D【解析】该核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γ，该反应为聚变反应，A、B错误；根据爱因斯坦质能方程知，辐射的光子能量E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C错误；光子能量为E＝hν＝heq\f(c,λ)，则有λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)，D正确．9．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1①，eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2②，方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N质量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001则可以推断X是________，方程中Q1和Q2的大小关系是Q1________Q2.【答案】eq\o\al(4,2)He<【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为eq\o\al(4,2)He，①式质量亏损为Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u.②式的质量亏损为Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u，所以Δm2>Δm1，根据质能方程ΔE＝Δmc2，可求解Q2>Q1.综合提升练10．(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，eq\o\al(235,92)U是核电站常用的核燃料．eq\o\al(235,92)U受一个中子轰击后裂变成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr两部分，并产生______个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要______(填“大于”或“小于”)它的临界体积．(2)取质子的质量mp＝1.6726×10-27kg，中子的质量mn＝1.6749×10-27kg，α粒子的质量mα＝6.6467×10-27kg，光速c＝3.0×108m/s.则α粒子的结合能为________.(计算结果保留两位有效数字).【答案】(1)3大于(2)4.3×10-12J【解析】(1)由eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n可知，会产生3个中子，要使裂变持续进行(链式反应)，物质的体积需要大于它的临界体积．(2)组成α粒子的核子与α粒子的质量差为Δm＝2mp＋2mn－mα，结合能ΔE＝Δmc2，代入数据得ΔE＝4.3×10-12J．11．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．求：(1)该聚变反应释放多少能量？(2)若1g氢完全聚变，能释放多少能量？(3)1g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q＝3.36×107J/kg，氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u，电子的质量为0.000549u)解：(1)核反应方程为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\a