5.4 核裂变 核聚变——高二物理教科版（2019）选择性必修三同步课时作业
1.据新闻报道，我国科学家在江门地下700m的实验室捕捉到中微子v。中微子v是最基本的粒子之一，它几乎没有质量且不带电，民间戏称为“幽灵粒子”。中微子v与水中的发生核反应的方程式为，则x粒子为( )
A. B. C. D.
2.下列核反应方程正确的是( )
A. B.
C. D.
3.科学家发现太阳的核聚变反应区只是中心很小的一部分，由于太阳强大的引力和磁场的束缚，使太阳内部的能量可以向外持续稳定地释放，而不会像氢弹那样瞬间爆炸，这就是可控核聚变技术的由来。太阳内部核聚变反应的一种可能形式为，设、、X和的质量分别为和，光速为c，则下列说法正确的是( )
A.X是
B.核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核
C.该核反应释放的核能为
D.核反应中核子平均质量较小的原子核变成了核子平均质量较大的原子核
4.近日，我国新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。“人造太阳”物理本质就是核聚变，由于其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似，核反应方程为。下列说法正确的是( )
A.该核反应不需要极高的温度也能发生
B.该核反应是核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能进行
C.该核反应是核裂变反应，核反应方程式中的X是电子
D.轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁
5.关于核能，下述正确的是( )
A.它是可再生能源
B.它只能通过重核裂变获得
C.它是原子核结构发生变化时放出的能量
D.重核裂变的反应速度无法控制
6.一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为.已知阿伏加德罗常数为，真空中的光速为c.若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为( )
A. B. C. D.
7.2023年6月7日，我国研发的第四代钍基反应堆在甘肃省腾格里沙漠正式运行。钍基熔盐核反应堆不仅发电效率高，而且核废料污染小，具有广阔的应用前景。本身不能直接使用，需用加速器轰击铅靶产生中子，然后中子轰击，使其变为，经过两次β衰变后生成，再利用中子轰击发生裂变后释放核能，其典型产物是和，已知的半衰期为22分钟，则( )
A.裂变反应的方程为
B.β衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子
C.16个经过66分钟后有14个发生了衰变
D.的比结合能小于的比结合能
8.2023年6月7日，世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放，减少了核污染。如图所示是不易裂变的转化为易发生裂变的并裂变的过程示意图。下列说法正确的是( )
A.中子轰击生成的核反应是核聚变
B.释放的电子是由原子核内部核反应产生的
C.的比结合能大于的比结合能
D.可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期，从而减少核污染
9.太阳内部核反应的主要形式为，已知和的质量分别为和，相当于的能量，忽略电子的质量，太阳平均每秒损失的质量为，电子电荷量，光在真空中的速度。假设太阳损失的质量全部源自上述核反应，下列判断正确的是( )
A.一次核反应的质量亏损为0.0286u
B.一次核反应释放的能量约为26.6J
C.太阳每秒释放的能量约为
D.太阳内部平均每秒减少的个数约为
10.被称为新一代“人造太阳”的“中国环流三号”是目前我国规模最大、参数最高的可控核聚变装置。核聚变是两个轻核结合成质量较大的核的核反应过程。下列关于核聚变的说法正确的是( )
A.在核聚变过程中，反应后原子核的比结合能减小
B.核聚变又叫热核反应，是因为反应过程中需要外界持续不断地提供能量
C.核聚变反应中平均每个核子释放的能量比核裂变反应中平均每个核子释放的能量少
D.地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变释放的核能
11.1947年，中国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分。如图是铀核俘获中子后，裂变成三个质量较大的核和一个质量较小的核时产生的径迹。下列说法不正确的是( )
A.铀核裂变过程质量数守恒
B.铀核裂变过程电荷数守恒
C.铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量会有差异
D.铀核中使核子紧密结合在一起的作用是弱相互作用
12.氘核和氚核聚变时的核反应方程为。已知氚核的比结合能是，氘核的比结合能是，氦核的比结合能是。光子的速度为c。下列说法正确的是( )
A.该核反应过程吸收的能量为
B.该核反应过程释放的能量为
C.x是质子，核反应吸收的能量等于质子质量乘以
D.x是中子，核反应吸收的能量等于中子质量乘以
13.2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为，中子质量为，核的质量为（质量亏损为时，释放的能量为）。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍。（计算结果单位为，保留两位有效数字）
（1）写出该反应的核反应方程。
（2）若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。
14.用高速运动的质子轰击静止的锂原子核，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。
（1）写出核反应方程式；
（2）已知质子的质量为m，初速度为，反应后产生的一个原子核速度大小为，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能。(设反应过程释放的核能全部转变为动能)
15.一个氘核()和一个氚核()发生聚变时，可以得到一个氦核和一个中子，已知的比结合能是1.09MeV，的比结合能是2.78MeV，的平均结合能是7.03MeV，中子的结合能为零。
(1)写出聚变时核反应方程；
(2)求发生聚变时释放的能量；
(3)求发生聚变时亏损的质量().
答案以及解析
1.答案：C
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知x粒子的电荷数为0，质量数为1，即x粒子为。
故选C。
2.答案：C
解析：A：反应是衰变反应，不是原子核的人工转变，选项A错误；
B：反应中质量数，电荷数都守恒，选项B正确；
C：反应是原子核的人工转变方程，选项C正确；
D：反应是聚变反应，选项D正确；
故选B，C，D。
3.答案：B
解析：A.根据质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为4，电荷数为2，所以X是，A错误；
BD.该反应放出核能，生成的原子核更加稳定，所以生成的新核核子平均质量变小，即核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核，B正确，D错误；
C.根据爱因斯坦质能方程可得，该反应释放的核能为
C错误。故选B。
4.答案：D
解析：AB.该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，但反应过程中会释放更大的能量，故选项AB错误；
C.由质量数守恒和电荷数守恒可得，即X为中子，故选项C错误；
D.轻核聚变与重核裂变相比，聚变生产产物为，无放射性，更为安全、清洁，废物数量少，故选项D正确。
故选D。
5.答案：C
解析：A.核能是新能源，但不是再生能源，A错误；
B.轻核的聚变也能产生核能，比如氢弹，B错误；
C.它是原子核结构发生变化时，产生新核，出现质量亏损，从而放出的能量，C正确；
D.轻核的聚变的反应速度无法控制，而重核裂变的反应速度可以控制，D错误；
故选C。
6.答案：B
解析：一个氘核和一个氘核结合成一个氦核时，释放出的能量为,1mol的氘核和1mol的氘核结合成1mol的氚核释放能量为.故选B。
7.答案：B
解析：A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知，裂变反应的方程为故A错误；B.β衰变的实质是原子核内中子转化成了一个质子和一个电子，故B正确；C.半衰期是大量粒子的统计规律，对于少数粒子不适用，故C错误；D.生成物更稳定，比结合能更大，则的比结合能大于的此结合能，故D错误。故选B。
8.答案：B
解析：A、中子轰击生成的核反应不是核聚变，故A错误；B.释放电子的过程是衰变，实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子，故B正确；C.整个过程中释放能量，的比结合能小于的比结合能，故C错误；D.放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度、压强无关，与化学状态也无关，故D错误。故选B。
9.答案：A
解析：A.一次核反应的质量亏损为故A正确；B.一次核反应释放的能量约为故B错误；C.太阳每秒释放的能量约为故C错误；D.太阳内部平均每秒减少的个数约为故D错误。故选A.
10.答案：D
解析：A.因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能增大，故A错误；B.核聚变一旦发生，靠自身产生的热就会使反应继续下去，不需要外界提供热量，故B错误；C.在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故C错误；D.目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。故D正确。故选D。
11.答案：D
解析：AB.铀核裂变过程中质量数和电荷数守恒，故AB正确；C.根据爱因斯坦的质能方程可知铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量会有差异，故C正确；D.铀核中使核子紧密结合在一起的作用是强相互作用，不是相互作用，故D错误。该题选不正确的，故选D。
12.答案：B
解析：ACD.根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知x为中子，核反应释放的能量应等于核反应前后亏损的质量乘以，ACD错误；B.核反应释放的能量为，B正确。故选B。
13.答案：（1）（2）1.0MeV；3.0MeV
解析：（1）两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，则该反应的核反应方程
（2）碰撞和反应过程动量守恒，则碰后氦3和中子总动量为零，即
核反应释放的能量
根据能量守恒
解得氦3动能
中子的动能
14.答案：（1）见解析
（2）见解析
解析：（1）核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，有。
（2）核反应过程动量守恒，有
解得
根据能量守恒定律得反应过程中释放的核能为
15.答案：（1）（2）（3）
解析：(1)核反应方程为；
(2)聚变反应前氘核和氚核的结合能为，
反应后生成的氦核的结合能为，
由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为
；
(3)由质能方程可知，
由单位换算关系可知，
则，
代入可得。
