5.4 核裂变和核聚变 课时作业（解析版） 一、选择题 1．中国的“人造太阳”，又称东方超环，全称是全超导托卡马克核聚变实验装置，是中 国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。2021 年 5 月 28 日，中国的“人造太阳”实现 了可重复的 1.2 亿度 101 秒等离子体运行，刷新了世界纪录。所谓“人造太阳”，就是在 地球上模拟太阳内部发生的核聚变反应，为人类提供源源不断的清洁能源。其内部发 生的一种核聚变反应方程为 A．反应产物 X 为 4 2 2 1 H+12 H � X+10 n ，下列说法正确的是（　　） He B．核聚变后的产物 X 比结合能小于 2 1H 的比结合能 C．可控的人工轻核聚变与核裂变相比更为安全、清洁 D．要实现核聚变，需要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能克服核力 作用而碰撞结合在一起 2．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等。在下列核反应中，属于核裂变反应的 是（　　） A． C． 10 5 B 14 7 N ＋ ＋ 1 0 n 4 2 He → 7 3 Li → 17 8 ＋ O 4 2 He 1 ＋1 H B． D． 238 92 U 235 92 U → ＋ 234 90 Th 1 0 n → ＋ 141 56 4 2 He Ba ＋ 92 36 Kr ＋3 1 0 n 3．2020 年 12 月 4 日 14 时 02 分，新一代“人造太阳”装置“中国环流器二号 M”装置在成 都建成并实现首次放电，该装置是通过发生核聚变 2 1 H+13 H �42 He+x 释放核能而发电。 下列说法正确的是（　　） A．x 粒子的质子数等于中子数 B．上述核反应也叫热核反应，是核电站的“核反应堆”中发生的核反应 4 2 C． 2 He 原子核的比结合能大于 1 H 原子核的比结合能 D．核反应中释放的核能是由亏损的质量转化而来的 4．山东海阳核电站建成并实现并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生 态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击 235 92 89 1 U + 01 n � 144 56 Ba + 36 X + 3 0 n 其中 144 56 Ba ， 235 92 U 、 1 0 n 、 144 56 Ba 235 92 U 原子核的核反应方程为 、X 的质量分别为 m1 、 m2 、 m3 、 m4 ， 是不稳定的，其衰变的周期为 T，真空中的光速为 c，以下说法正确的是（ ） A．X 原子核中含有的中子数为 50 B．该反应属于人工转变核反应 C．该反应中释放的能量为 1  m1  2m2  m3  m4  c 2 2 3 4 D．经过 2T，一定质量的 144 Ba 原子核衰变了的质量占开始时的 56 5．目前核电站获取核能的基本核反应方程可能是（　　） A． 238 92 24 C． 11 U Na → → 234 90 Th 24 12 Mg ＋ ＋ 4 2 He 0 1 B． e D． 6．氘核与氚核聚变释放能量，其核反应方程式为 235 92 14 7 2 1 U N ＋ ＋ 4 2 1 0 n → He 90 38 → Sr 17 8 O ＋ 136 54 1 ＋1 H  31 H � 42 He  X Xe ＋10 1 0 n H ，下列说法正确 的是（　　） A．该方程式中 X 是电子 B．该方程式中 X 是质子 C．聚变前后的总质量不变 D． 1 2 H 3 H 和 1 的比结合能都小于 4 2 He 的比结合能 7．我国广东大亚湾核电站是我国首座大型商用核电站，年发电量近 150 亿千瓦时。核 电站核反应方程是（　　） 235 A． 92 14 C． 7 92 1 U 10 n �141 56 Ba  36 Kr  30 n 1 N  42 He �17 8 O 1 H 8．下列说法正确的是（　　） 238 B． 92 2 D． 1 234 U �90 Th  42 He H 13 H �42 He 10 n A．质能方程表明所有有质量的物体，都能转化为能量 B．放射性元素钋的半衰期为 138 天，27 个钋原子核经 276 天，还剩 3 个钋原子核未衰 变 C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道，电子的 动能增大，原子总能量增大 D．设质子、中子、α 粒子的质量分别为 m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一 α 粒子，释放的能量为（2m1+2m2-m3）c2 9．以下核过程正确且属于衰变的是（　　） 14 A． 7 2 B． 1 C． 1 N  24 He �17 8 O 1 H H 13 H �42 He 10 n 234 90 24 D． 11 234 Th �91 Pa  01 e 24 Na �12 Mg  01 e 10．以下核反应方程中属于 β 衰变的是（　　） A． 24 11 24 Na �12 Mg+-10 e 235 B． 92 2 C． 1 D． 94 1 U+10 n �140 54 Xe+38Sr+20 n H+13 H �24 He+10 n 14 7 1 N+ 24 He �17 8 O+1H 11．核动力航空母舰因其性能强劲堪称海上霸主，它利用可控制核裂变释放的核能获 得动力，核反应方程为： 235 92 U 的比结合能为 E1 ， 92 36 1 0 235 92 n  92 U �141 56 Ba  36 Kr  yX Kr 的比结合能为 的是（　　） A．X 为中子， y  4 B．反应过程中的质量亏损为 E2  E3  E1 c2 E2 ， 141 56 Ba 。已知光在真空中速度为 c， 的比结合能为 E3 。下列说法正确 C．三种比结合能的大小关系为 D．此核裂变释放核能约为 E1  E2  E3 E  141E3  92 E2  235 E1 12．在下列核反应方程中，表示核聚变过程的是（　　） A． B． C． D． 89 1 U  01 n � 144 56 Ba  36 Kr  3 0 n 235 92 0 Th � 234 91 Pa  1 e 234 90 238 92 3 1 U � 23490Th  42 He H  21 H � 42 He  01 n ‍ 13．2020 年 11 月 8 日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十 三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应 方程为 235 92 94 U  01 n � X  38 Sr  1010 n ，下列说法正确的是（　　） A． X 有 54 个质子，78 个中子 B． X 的比结合能比铀核的小 C．释放的核能与质量亏损成正比 D．该核反应属于链式反应，每次生成的 1 0 n 会使新铀核连续不断地发生裂变 14．当一个重核裂变时，它能产生的两个核（　　） A．一定是稳定的 B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少 C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量 D．可以是多种形式的两个核的组合 15．科学家通过对月壤样品进行实验分析，估计月壤中氦 3 的资源总量可达 100 万 ~500 万吨，若能实现商业化运用，月壤中的氦 3 可供地球能源需求达数万年利用氦 3 的核反应方程为 3 2 He 12 H �42 He  X 。则下列说法中不正确的是（　　） A．上式中 X 应为中子 B．目前地球上的核电站正是利用氦 3 作为核燃料，因此迫切需要开发月壤中的氦 3 3 C．反应前 2 He 与 2 1 H 的质量之和等于反应后 4 2 He 与 X 的质量之和 3 D．反应前 2 He 与 2 1 H 的质量之和大于反应后 4 2 He 与 X 的质量之和 二、解答题 16．已知中子的质量 质量 mn  1.6749 �1027 kg mD  3.3436 �10 27 kg ，质子的质量 mp  1.6726 �1027 kg ，氘核的 。写出中子、质子结合成氘核的核反应方程并求氘核的结合 能。 17．1kg 铀全部裂变释放出的能量约为 能量？ 8.5 �1013 J ，相当于完全燃烧多少无烟煤放出的 参考答案 1．C 【详解】 A．根据核聚变反应方程满足质子数和质量数守恒，可知反应物 X 为 3 2 He ，选项 A 错误； B．比结合能越大，物质越稳定，所以核聚变后的产物 X 比结合能应大于 2 1H 的比结合能， 选项 B 错误； C．可控的人工轻核聚变产物为氦核，没有辐射和污染，所以与核裂变相比更为安全、清 洁，选项 C 正确； D．核聚变反应，又称热核反应，需要超高温度，选项 D 错误。 故选 C。 2．D 【详解】 A．核反应方程式 10 5 B ＋ 1 0 n → 7 3 Li ＋ 4 2 He 属于原子核的人工转变，故 A 错误； B．核反应方程式 238 92 U → 234 90 Th ＋ 4 2 He 是  衰变，故 B 错误； C．核反应方程式 14 7 N ＋ 4 2 He → 17 8 O 1 ＋1 H 是发现质子的核反应方程式，属于原子核的人工转变，故 C 错误； D．核反应方程式 235 92 属于核裂变，故 D 正确。 故选 D。 3．C U ＋ 1 0 n → 141 56 Ba ＋ 92 36 Kr ＋3 1 0 n 【详解】 A．由核聚变过程电荷数、质量数守恒可知，x 粒子是中子，电荷数为零，中子数是 1，A 错误； B．核电站中发生的核反应是核裂变，不是核聚变，B 错误； 4 2 C．核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，因此 2 He 原子核的比结合能大于 1 H 原子 核的比结合能，C 正确； D．质量不能转化成能量，D 错误。 故选 C。 4．D 【详解】 A．根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为 235 92 8