5.4 核 裂 变 与 核 聚 变 基 础 巩 固 2021—2022 学 年 高 中 物 理 鲁 科 版 （2019）选择性必修第三册 一、选择题（共 15 题） 1．下列四个核反应方程中，属于轻核聚变的是（　　） A． C． 2 1 H+13H �42 He+10n 14 7 B． 1 N+ 42 He �17 8 O+1H D． 234 90 234 Th �91 Pa+ 0-1e 235 92 90 1 U+10 n �38 Sr+136 54 Xe+100 n 2．2020 年 12 月 4 日，新一代“人造太阳”核聚变实验装置—中国环流器二号（如图所示）在四川成都建成 并实现首次放电。这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、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。它是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器装置，容器外面 缠绕着两组线圈（如图所示）。通电时，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将 1.5 亿摄氏度高温 的等离子体约束在环形真空室内，以达到核聚变的目的。下列说法正确的是（　　） A．核能不属于清洁能源 B．托卡马克内部核反应可能是 235 92 89 1 U+10 n � 144 56 Ba  36 Ka  30 n C．线圈 1 产生水平方向的环形磁场 D．螺旋型磁场可以约束运动方向不同的带电粒子 3．据《人民日报》4 月 12 日报道，日本要把福岛核电站超过 130 万吨的核废水直接排入太平洋，引起周 边国家的一致反对。 核废水中含有多种放射性元素，其中放射性元素 Cs137 的核反应方程为 137 55 0 Cs �137 x Ba+ 1 e ，半衰期约为 30 年，下列说法正确的是（　　） A．该反应属于核裂变 B．该反应需吸收能量 C． D． 137 x Ba 137 55 Cs 原子核中有 81 个中子 经海水稀释后半衰期会变短 4．原子弹和氢弹所涉及的基本核反应方程有：① 235 92 136 1 U  01 n � 90 38 Sr  54 Xe  10 0 n ，② 2 1 H  31 H � 24 He  01 n . 关于这两个方程，下列说法正确的是（ ） A．方程①属于重核裂变 B．方程②属于  衰变 C．方程①的核反应是太阳能的源泉 D．方程②中的 3 1 H 与 3 2 He 互为同位素 5．原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现 了铀核也可能分裂成三部分或四部分。关于原子核的裂变下面表述正确的是（　　） A．裂变过程质量亏损，但不一定释放能量 B． C． D． 235 92 U 235 92 U 235 92 U 裂变成两个中等质量的原子核 136 54 Xe 和 90 38 Sr ， 235 92 U 与 238 92 U 是同位素 容易俘获快中子而发生裂变释放核能 的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行 6．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． B． C． D． 3 1 H+ 21 H � 24 He+ 01 n 3 1 H+ 21 H � 24 He+ 01 n 是核聚变反应 是 β 衰变 235 92 94 1 U+ 01 n � 140 54 Xe+ 38 Sr+2 0 n 235 92 94 1 U+ 01 n � 140 54 Xe+ 38 Sr+2 0 n 是核聚变反应 是 α 衰变 7．电影《流浪地球》火爆春节假期,成为大家热议的话题。影片中提到太阳大约在几十亿年后,会逐渐进入 红巨星时期,核心温度逐渐升高,当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始聚变成碳，即氦闪。氦闪的核 反应方程为 3 42 He � 126 C ,已知 12 6 C 和 4 2 He  的质量分别为 mc=12. 000 0u 和 mHe=4.002 6 u,1 u=931MeV/c2,c 为光 速。则太阳在发生氦闪过程中释放的能量约为(         ) A．5 MeV B．7 MeV C．10 MeV D．14 MeV 8．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本 核反应方程的是（　　） ① 14 7 1 N+ 24 He �17 8 O+1H 238 ③ 92 4 U �234 90 Th+ 2 He  ④  ② 2 1 235 92 136 1 U+10 n �90 38 Sr+ 54 Xe+10 0 n H+13 H �42 He+10n A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 9．关于原子和原子核，下列说法正确的是（　　） A．结合能越大，原子核越稳定 B．在核反应 C． 30 15 P 2 1 H  31 H � 24 He  X 中，X 为中子 形成化合物 H3PO4 后不再具有放射性 D．氡在-30℃时的半衰期为 3.8 天，1g 氡原子核在常温下经过 7.6 天只剩下 0.2g 氡原子核 10．2020 年 11 月 27 日，我国自主三代核电“华龙一号”全球首堆——中核集团福清核电 5 号机组首次并网 成功，标志着我国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列。下列关于核电应用说法正 确的是（　　） A．核电站的反应堆中常用镉棒使中子减速从而控制核反应速率 235 B．任何体积的 U 都能发生链式反应 C．反应堆的外面需要修建很厚的水泥层用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线 D．核反应产物的比结合能比核燃料的比结合能低 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： E2 1 0 ， 235 92 n 92 U �141 56 Ba 36 Kr  yX 141 56 Ba 的比结合能为 E3 。已知光在真空中速度为 c， 。下列说法正确的是（　　） 235 92 U 的比结合能为 E1 ， 92 36 Kr 的比结合能为 A．X 为中子， y  4 B．反应过程中的质量亏损为 E2  E3  E1 c2 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 12．2020 年 12 月，新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是我国新一代先进磁约束核 聚变实验研究装置，其核反应方程是 2 1 H +13 H �42 He + x ，则（　　） A．x 为电子 B．反应前后质量守恒 C．该反应为吸热反应 4 D． 2 He 的比结合能比 3 1 H 的比结合能大 13．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（　　） A．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 235 B． 92 94 1 U 10 n �140 54 Xe  38 Sr  2 0 n 是核裂变反应 C．氡的半衰期为 3.8 天，现有 16 个氡原子核，经过 7.6 天后剩下 4 个氡原子核 D．一个氢原子从 n  4 的激发态向低能级跃迁时，最多能辐射出 6 种不同频率的光子 14．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完 成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　） A．“人造太阳”的核反应方程是 B．“人造太阳”的核反应方程是 2 1 H+13 H �42 He+10n 235 92 92 1 U+10 n �141 56 Ba+ 36 Ba+30 n C．根据公式 E＝mc2 可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应小得多 D．根据公式 E＝mc2 可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同 15．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，有一种核裂变方程为 235 92 1 U＋＋＋ 0n � X 94 38 Sr 10 01 n ，下列说法 正确的是（　　） A．裂变反应中亏损的质量变成了能量 B．裂变反应出现质量亏损导致质量数不守恒 C．X 原子核中有 54 个质子 D．X 原子核比铀核的平均结合能小 二、填空题（共 4 题） 16．原子核释放能量的方式有_____、_____和_____． 17．太阳是一颗能自己发光发热的气体星球。太阳辐射能量的来源来自于_____________________ 18．已知一个氢原子的质量为 1.6736× 10 为 6.6467×10 27 27 kg，一个锂原子的质量为 11.6505× 10 27 kg，一个氦原子的质量 kg，一个锂核受到一个质子轰击变为 2 个 α 粒子，则核反应方程为________；该核反应释 放的核能为__________J（结果保留 3 位有效数字） 19．1.定义：两个________结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2 3 4 1 2.核反应方程： 1 H＋ 1 H→ 2 He＋ 0 n＋17.6 MeV。 3.条件：使轻核的距离达到________ m 以内。 方法：加热到很高的________。 三、综合题（共 4 题） 20．为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？ 21．假定第 1 代中子数为 2，此后，每一个核裂变都产生 2 个中子，那么第 10 代中子数是多少？第 100 代 中子数是多少？想一想链式反应的威力，并与同学交流。 22．我国首艘攻击核潜艇，代号 091 型，西方称其为汉级攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀 235， 用一个动能约为 0.025eV 的热中子（慢中子）轰击铀 235，生成不稳定的铀 236，从而再裂变为钡 144 和氪 89，同时放出能量和 3 个快中子，而快中子不利于铀 235 的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反 应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其它铀 235.有一种减速的方法是使用石墨（碳 12）作 减速剂，设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞。（可能用到的数据 1MeV  106 eV 、 lg 7 �0.845 、 lg 11 �0.0726 ），试求： 13 （1）请写出核反应方程式； （2）一个动能为 （3）一个动