5.5 裂变和聚变 一、选择题（共 14 题） 1．下列表述正确的是（　　）  42  32 14 �817 A． He 7 N O+X， X 表示 He .2  3 � 4 1 B． 1 H 1 H 2 He 0 n 是重核裂变的核反应方程 C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关 D．β 衰变中放出的 β 射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 2 2．太阳内部的一个热核反应方程是 1 ΗΗ 13 �24 2 3 4 Ηe+X。已知 1 Η 的质量为 m1， 1 Η 的质量为 m2， 2 Ηe 的质 量为 m3，X 的质量为 m4，光速为 c，下列说法正确的是（　　） A．X 是质子 2 1 3 1 2 3 B． Η 和 Η 是两种不同元素的原子核 C． 1 Η 和 1 Η 在常温下就能够发生聚变 D．反应释放的核能为（m1+m2-m3-m4）c2 3．我们仰望星空，处处闪烁着智慧的光芒。伽利略、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、波尔等物理大师的名 字铭记在心。学习自然科学，不仅需要方法论，还需要一些世界观；不仅仅需要数学，还需要一些哲学。 正如王安石在《读史》中所写的那样：“糟粕所传非粹美，丹青难写是精神”。下列关于物理学发展说法不 正确的是（　　） A．伽利略通过逻辑推理，首先指出亚里士多德对落体认识的问题，然后得出重物与轻物应该下落得同样 快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的。 B．JJ·汤姆逊发现电子，是物理学史上的重要事件，人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子 本身也有结构。 C．切尔诺贝利核电站的核子反应堆事故正是人类核电发展中利用轻核聚变的巨大失败。 D．法拉第提出了电场线的概念，正是“以无形造有形，以有形载无形”哲学思想的体现。 4．我国科学家为解决“玉兔二号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应 释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔二号”所用 核能电池有可能采纳的核反应方程是（　　） 238 A． 94 4 C． 2 238 Pu �95 Am  01 e 17 1 He 14 7  N �8 O 1 H 5．放射性元素钋 210 84 210 84 y Po �82 X+ 24 He+ A． 4 2 3 B． 1 He Po 发生衰变时，会产生 H 12 H �24 He 10 n 235 D． 92 4 2 He 92 1 U 10 n �141 56 Ba  36 kr  30 n  和一种未知粒子，并放出 射线，其核反应方程为 ，下列说法正确的是（　　）  的穿透能力比 射线强 B． y  214 C．X 核的中子个数为 124 D．这种核反应为裂变 6．关于核聚变的说法正确的是（　　） A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应一定吸收能量 C．聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度，显然是吸热反应 D．聚变和裂变都可以释放出巨大的能量 7．下列有关四幅图的说法中，正确的是(        ) A．α 粒子散射实验证实了汤姆逊原子枣糕模型的正确性 B．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．放射线甲由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷 D．该链式反应属于原子核的聚变反应 8．2020 年 12 月 4 日 14 时 02 分，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号 M 装置（HL-2M）在成都建成 并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变 堆的自主设计与建造打下坚实基础。该装置内释放核能的核反应方程为 2 1 H+13 H �42 He+ 01 n ，对此以下说法 正确的是（　　） A．该反应过程中满足电荷守恒和质量守恒 B． 4 2 He 的比结合能比 2 1H 大 C．若该核反应释放的核能为 E ，真空中光速为 c，则反应过程中的质量亏损为 2E c2 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 9．下列说法正确的是（　　） A．太阳内部持续不断地发生着热核反应，其中一种核反应方程为 4 11 H � 42 He  2X ，X 表示的是中子 B．β 射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流 C．碘 131 的半衰期为 8 天，若有 20 个碘 131 原子核，则经过 8 天后只剩下 10 个 D．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放 10．关于原子和原子核，下列说法中正确的是 A．甲图所示的氢原子光谱的分离特征可以用经典物理学解释 B．由乙图可知， 6 3 Li 原子核中的平均核子质量比 16 8 O 的要小 C．要产生丙图所示的链式反应，裂变物质必须具有一定的体积或质量 D．根据丁图可知，1g 氡经过 38 天还剩下 0.1g 没发生衰变 11．托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示．环心处有一欧姆线圈，四周是一个环 形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈．当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的 内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度．再通过其他方式的进一 步加热，就可以达到核聚变的临界温度．同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向 场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利 于核聚变的进行．已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度 T 成正比，下列说法正 确的是 A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的 B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体 C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变 D．为了约束温度为 T 的等离子体，所需要的磁感应强度 B 必须正比于温度 T 12．下列说法正确的是（　　） A．当氢原子从 n  6 的状态跃迁到 n  2 的状态时，发射出光子 B．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间 C．同一元素的两种同位素具有相同的质子数 D．中子和质子结合成氘核时吸收能量 13．下列关于核反应及衰变的表述正确的有(　　) A． B． 2 1 H  13 H � 24 He  01n X  N � 178O  11H 14 7 是轻核聚变 3 中，X 表示 2 He C．β 衰变中产生的 β 射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 D．23290 Th 衰变成 20882Pb 要经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变 14．2017 年 11 月，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的 场景感人肺腑，下列有关核反应的说法正确的是（　　） A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 C． 235 92 94 1 U+10 n �140 54 U+38Sr+d 0 n 二、填空题 式中 d 1 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 15．完成铀核裂变方程： U 235 92 ______ 90 1 � 38 Sr  136 54 Xe  10 0 n ，在核反应堆中石墨起________的作用，镉棒 起________的作用． 16．铀核裂变的一种方式是 90 1 U  01n � 143 60 Nd  40 Zr  3 0 n  8 X 235 92 ，该反应的质量亏损是 0.2u，1u 相当于 931.5MeV 的能量. ① 核反应方程中的 X 是_______________． ② 该反应放出的能量是_______J.（结果保留 3 位有效数字） 17．下列说法正确的是(      ) A．汤姆生发现了电子，并提出了原子的枣糕模型 B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应 C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度小 D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，该元索的半衰期将增大 18．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量为 mH＝1.007 3 u，中子质量为 mn＝1.008 7 u，氚 核质量为 m＝3.018 0 u,1 u 相当于 931.5 MeV． 这个聚变方程为______________________________________________； 释放出的核能为_________________________________________ 平均每个核子释放的能量是______________________________________ 三、综合题 19．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损 Δm=0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多 少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？ 20．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量 mH＝1.0073u，中子质量 mn＝1.0087u，氚核质量 m＝3.0180u（lu＝931MeV，能量单位用 MeV,计算结果小数点后保留两位有效数字）。求： （1）写出聚变方程； （2）释放出的核能多大？ 21．两个氘核（ 核（ 3 2 He 2 1 H ）聚变时产生一个氦核（ ）的质量为 m ，中子的质量为 m0 3 2 He ，氦的同位素）和一个中子，已知氘核的质量为 M，氦 ．以上质量均指静质量，不考虑相对论效应． （1）请写出核反应方程并求两个氘核聚变反应释放的核能 E ； （2）为了测量产生的氦核（ 3 2 He ）的速度，让氦核垂直地射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，测得氦核 在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，已知氦核的电荷量为 q，氦核的重力忽略不计，求氦核的速度 v 及氦核做圆周运动的周期 T； （3）要启动这样一个核聚变反应，必须使氘核（ 2 1 H ）具有足够大的动能，以克服库仑斥力而进入核力作 用范围之内．选无穷远处电势能为零，已知当两个氘核相距为 r 时，它们之间的电势能 Ep  k e2 r （k 为静 r0 电力常量）．要使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到 ，氘核的重力忽略不计．那么，两 个氘核从无穷远处以大小相同的初速度相向运动发生聚变，氘核的初速度 v0 至少为多大？ 22．太阳大约在几十亿年后，进入红