5.4 核裂变与核聚变同步练习 2021—2022 学年高中物理人教版 （2019）选择性必修第三册 一、选择题（共 15 题） 1．下列有关原子物理的知识，说法正确的是（　　） A．卢瑟福  粒子散射实验说明了原子核的复杂结构 17 4 14 �8 O  X ，X 表示的是中子 B．在核反应方程 2 He  7 N �� C．目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为铀 D．氡的半衰期是 3.8 天，8 个氡原子核经过 7.6 天之后，还剩下 2 个未发生衰变 2．2020 年 12 月 4 日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号 M 装置在成都建成并首次实现核聚变发 电。科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为∶ X+Y �42 He+13 H+4.9MeV 和 2 1 H+13 H �42 He+X+17.6MeV ，则（　　） A．X 是电子 B．X 是质子 C．Y 的质子数是 3，中子数是 3 D．Y 的质子数是 3，中子数是 6 3．原子弹和核电站的根本区别是（　　） A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变 B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变 C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度 D．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速度 4．下列有关原子物理的知识，说法错误的是（ ） A．在光电效应实验中，入射光频率越高，饱和光电流越大 B．我国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验室观察到铀核也可以分裂为三部分或四部分 C．根据玻尔的原子模型，一个处于 n  4 能级上的氢原子在向基态跃迁过程中，最多可发射 3 种不同频率 的光子 D．在核聚变反应中，反应物的结合能之和小于生成物的结合能 5．下列说法中正确的是（　　） A．γ 射线的电离本领比 β 射线强 B．镉棒在“核反应堆”中的作用是控制反应速度 C． 238 92 U 衰变成 206 82 Pb 要经过 6 次 α 衰变和 8 次 β 衰变 D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 6．关于核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．铀核裂变的核反应方程是 235 92 92 1 U � 141 56 Ba+ 36 Kr+2 0 n B．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为 C． 239 92 U � 239 93 Np+X D．铀 239（ 239 92 U 4 2 He+ 147 N � 178 O+ 11 H 是衰变方程，其中 X 是中子 ）衰变成钚 239（ 239 94 Pu ）的核反应方程为 239 92 0 U � 239 94 Pu+ 1 e 7．核电站利用核能发电，它的核心设备是反应堆，下列说法正确的是（ ） A．反应堆是用人工方法控制链式反应速度并获得核能的装置 B．目前核电站都是通过聚变反应来利用核能 C．控制棒的作用是使中子减速，从而控制链式反应的速度 D．通入反应堆中的水起冷却作用和吸收中子的作用 8．下列说法不正确的是（　　） A．美国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时，发现在散射的 X 射线中，除了与入射波波长 同的成分外，还有波长大于 0 0 相 的成分，这个现象说明了光具有粒子性 B．放射性的原子核在发生 α 衰变、 β 衰变时，新形成的原子核会辐射 γ 光子，形成 γ 射线 C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量 D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是 235 92 89 1 U  01 n � 144 56 Ba  36 Kr  3 0 n 9．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确 的有（　　） A． 3 1 H + 21 H � 24 He  01 n 是人工核反应 B． 235 92 89 1 U+ 01 n � 144 56 Ba  36 Kr  3 0 n 是核裂变反应，该反应吸收能量 C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控 制反应速度 D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯 性约束 10．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，我国正计划 建造核动力航母。有一种核裂变的方程为 235 92 94 U 10 n � X 38 Sr  1010 n ，关于该核裂变，下列说法正确的是（ ） A．X 的核子数为 141 B．X 的中子数为 75 235 C．核反应方程可以简化为 92 1 U � X 94 38 Sr  90 n 235 D．X 比 92 U 稳定 11．2018 年中国散裂中子源（CSNS）将迎来验收，目前已建设的 3 台谱仪也将启动首批实验。有关中子 的研究，下列说法正确的是 A．Th 核发生一次 α 衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了 4 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应 C．卢瑟福通过分析 α 粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．  衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子 12．常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核 反应释放出的核能。在太阳内部发生的某核反应方程是 A．该核反应属于裂变反应 C．一个 4 2 He 411 H �42 He  2X ，下列说法正确的是（　　） B．该核反应过程有质量亏损 0 中有 4 个中子 1 e D．方程中的 X 为电子（ ） 13．据新华网 2019 年 6 月 24 日报道，中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出 高速高精度激光汤姆孙散射仪，为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实的基础。下列说法 正确的是（　　） A．激光被散射后频率不变 B．激光被散射后频率增大 C．核聚变反应在常温下就可以发生 D．核聚变反应能够释放能量 14．下列说法正确的是（　　） A．太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和等于核反应后各原子核的质量之和 B．U 核裂变的核反应方程是 235 92 92 U � 141 2 01 n 56 Ba  36 Kr ＋ ＋ C．原子从低能级向高能级跃迁时，不吸收光子也能实现 D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量也越大 15．2020 年 12 月 4 日我国新一代“人造太阳”——环流器二号 M 装置，正式建成并投入使用，如图所示。该 装置是利用核反应实现的，其核反应方程为 2 1 H 13 H �24 He 10 n ，这一科研成果是我国核物理学家艰苦奋 斗的结果。关于“人造太阳”下列说法不正确的是（　　） A．该反应是轻核聚变反应，比重核裂变更安全和清洁 B．该反应是热核反应，需要几百万摄氏度条件下才能进行 C．裂变反应相比聚变反应中平均每个核子释放的能量要多 D．目前我国核反应堆产生的能量主要来自重核裂变 二、填空题（共 4 题） 16．核能是一种高效的能源．在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包 壳，压力壳和安全壳（见图 1）．结合图 2 可知，安全壳应当选用的材料是________． 17．完成下列核反应方程，并指出核反应的类型． 3 4 1 ① 2 He+_____→ 2 He+ 2 1 H，是_____变． 24 11 24 12 ② Na→ Mg+_____，是_____变． 1 1 22 10 19 ③ 9 F+_____→ Ne+ H，是_____变． ④ 235 92 1 U+ 0 n→ 142 56 91 Ba+ 36 Kr+3_____，是_____变． 18．（1）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 中子轰击后裂变成 144 56 Ba 和 89 36 Kr 235 92 U 是核电站常用的核燃料. 235 92 U 受一个 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____ __（选填“大于”或“小于”）它的临界体积. （2）取质子的质量 mP  1.6726 �1027 kg m  6.6467 �1027 kg ，光速 ，中子的质量 c  3.0 �108 m/s . 请计算  mn  1.6749 �1027 kg ，  粒子的质量 粒子的结合能.（计算结果保留两位有效数字）______ _ 2 H 19．已知 1 的质量为 2.0136u， 1 0 n 3 的质量为 1.0087u， 2 He 2 3 H 的质量为 3.0150u。两个 1 聚变生成 2 He 的反应 方程为______；上述反应中释放的能量约______ MeV 。（1u 相当于 931 MeV 的能量，结果保留两位小 数） 三、综合题（共 3 题） 20．科学家们研究出了一种能使铀 238 变成高效燃料，从而使核燃料越烧越多的“魔炉”——快中子增殖反 应堆、该型反应堆中使用的核燃料是钚 239，它裂变并释放出快中子，被装在反应区周围的铀 238 吸收后 变成铀 239，铀 239 极不稳定，经过两次 β 衰变后变成钚 239。请据此回答下列问题。 （1）请解释快中子增殖反应堆燃料增殖的秘密。 （2）根据材料中提供的信息，写出相关的核反应方程，并指明核反应类型。 21．当氘等离子体被加热到适当高温时，可能发生氘核参与的几种聚变反应，并释放能量。这几种反应的 总效果可表示为 6 21 H � k 42 He  d 11 H  2 01 n  43.15MeV 该反应方程中的 k 和 d 各为多少？质量亏损为多少？ 2 22．两个动能均为 1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应： 1 H  21 H � 31 H  11 H 2 1 。（已知 H 的质量 3 m0=2.0136u， 1 H 的质量 m1=3.0156u， H 的质量 m2=1.0073u，1u 相当于 931.5MeV 的能量。结果均保留 2 位有效数字。） (1)此核反应中放出的能量 ΔE 为多少？ (2)若放出的能量（包括最初的动能和核反应放出的能量，以后见此题目都这样理解）全部变为新生核的动 能，则新生的氚核具有的动能是多少？参考答案： 1．C 2