1、2012年粤教版高中物理选修 3-5 4.5裂变和聚变练习卷与答案（带解析） 选择题 有下列核反应： 下列说法中正确的是（ ） A 是原子核的人工转变的反应方程式 B 是聚变的核反应方程式 C 是 衰变的反应方程式 D 是裂变的核反应方程式 答案： ABD 试题分析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知： 是人工转变的反应方程式； 是聚变的核反应方程式； 并不是 衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响 ; 是裂变的核反应方程式 .故答案：为 A、 B、 D三项 . 考点：核反应 裂变 聚变 点评：两个质量较小的核结合成一个质量较大的核的核反应
2、叫核聚变质量较大的核分裂成两个质量中等的核的现象称为核裂变原子核在自然的状态下由原子核中释放出一个 粒子的现象称为 衰变放射性同位素的原子核将一个中子转化为一个质子同时释放出一个高速电子的现象称为 衰变。 关于聚变，以下说法中正确的是 ( ) A两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量 B同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C 聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 答案： BD 试题分析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故 A项错误； 聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂
3、变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故 B项正确； 裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到 10-15 m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故 C项错、 D项正确 考点：原子核反应 聚变 点评：核能的开发和利用可以采用两种方法：一种是利用核裂变释放能量，另一种是利用核聚变释放能量，人工控制链式反应的速度和平利用核能，是核电站的原理，由于核聚变需要高温高压，人类还无法和平利用核聚变时放出的能量 氘核（ ）和氚核（ ）的核反应方程如下： + + ，该氘核的质量为 m1，氚核的质量为 m2，氦核的质量为 m3，中子的质量为
4、m4,则反应过程中释放的能量为 ( ) A（ m1+m2-m3） c2 B (m1+m2-m4)c2 C (m1+m2-m3-m4)c2 D (m3+m4-m1-m2)c2 答案： C 试题分析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（ m1+m2） -(m3+m4),而不是（ m3+m4） -(m1+m2).此反应的质量亏损为 m=m1+m2-m3-m4,释放的能量 E=mc2=(m1+m2-m3-m4)c2. 考点：原子核反应 爱因斯坦质能方程 点评：裂变和聚变都可以放热；关键是掌握爱因斯坦质能方程为人类利用核能打开了大门，要正确理解质
5、能方程中各个物理量的含义。 下列核反应方程及其表述都正确的是 ( ) A + + 是聚变反应 B + 是裂变反应 C + + 是聚变反应 D 是裂变反应 答案： ABC 试题分析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变 .根据以上裂变和聚变的定义可判断出 A、 B、 C三项正确 考点：衰变 裂变 聚变 点评：本题解题关键是要区分各种核反应的区别：两个质量较小的核结合成一个质量较大的核的核反应叫核聚变质量较大的核分裂成两个质量中等的核的现象称为核裂变原子核在自然的状态下由原子核中释放出一个 粒子的现象称为 衰变放射性同位素的
6、原子核将一个中子转化为一个质子同时释放出一个高速电子的现象称为 衰变。 一个 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为+ ,则下列叙述正确的是 ( ) A X原子核中含有 86个中子 B X原子核中含有 141个核子 C因为裂变时释放能量，根据 E=mc2，所以裂变后的总质量数增加 D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 答案： A 试题分析：由核反应方程知 X的电荷数为 x=92-38=54， X的质量数为 y=235+1-94-2=140，故其中中子个数为 140-54=86，所以 A项正确， B项不正确 . 由于裂变时释放能量，故裂变后总质量减小，但
7、质量数不变，故 C、 D两项不正确 . 考点：裂变 质能方程 点评：裂变和聚变是在原子物理中学习的两种重要反应：聚变和裂变反应的特点以及应用；质量数和电荷数守恒在核反应中的应用以及质子数、中子数、质量数等之间关系；质能方程的应用，正确理解半衰期的含义等。 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 + C “人造太阳 ”释放的能量大小的计算公式是 E=mc2 D “人造太阳 ”核能大小的计算公式是 E=
8、 答案： AC 试题分析：因为是核聚变，故方程式为 + + ,故 A项正确， B项不正确 .释放能量大小的公式为质能方程 E=mc2,故 C项正确、 D项不正确 考点：轻核的聚变 结合能 爱因斯坦质能方程 点评：处于实验阶段的核聚变都是氘核和氚核进行的核聚变反应，所有的核聚变都可以根据爱因斯坦质能方程求释放的能量，要熟练掌握 这些知识，并能合理利用。 计算题 受中子轰击时会发生裂变，产生 和 ，同时放出 200 MeV的能量 .现要建设发电功率是 5105 kW的核电站，由铀 235作为原子锅炉的燃料 .假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需纯铀 235的质量为多大？（阿伏加德罗常数
9、6.021023个 /mol） 答案： .527 kg 试题分析：铀 235释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率为 5105 kW的发电站一天发出的电能，也就是一天所需要的 235释放的核能，进而求得铀 235的质量 .先根据发电功率计算出每天应发电能的总量为E=243.61035105103=4.321013 J, 要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为 n= =1.351024 个， 则对应的质量为 m= 23510-3 kg=0.527 kg 考点：原子核反应 裂变 核能的利用 点评：本题解题关键是熟练掌握并正确理解重核的裂变。当铀原子核在裂变时，产生大量的热，并且同时放出 2-
10、3 个中子，产生的中子继续轰击分裂后的铀核，如此下去，越来越多的铀核同时裂变，将产生越来越剧烈的反应，我们把反应叫做链式反应核 电站是利用原子核的裂变的链式反应产生的能量发电，它的核心是反应堆。 4 个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出 2.8106eV 的能量，列出核反应方程，并计算 1 g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量 . 答案： + 6.721010 J 试题分析：该反应的核反应方程为： 4 +2 ,由此可知， 平均每个氢核反应释放出的能量为 E0=2.84106 eV=7105 eV, 1 g氢核（即 1 mol）所包含的氢核的粒子个数为 6.01023个， 应释放
11、出的总能量 E为 E=71056.01023 eV =4.21029 eV=6.721010 J 考点：核反应方程 聚变 结合能 点评：正确书写核反应方程，严格遵守质量数和核电荷数守恒；释放的能量要利用爱因斯坦质能方程求解，质量的亏损与能量的关系要数量掌握： E=mc2。 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量 mH=1.007 3 u,中子mn=1.008 7 u,氚核质量 m=3.018 0 u. （ 1）写出聚变方程 ; (2)释放出的核能多大 ; （ 3）平均每个核子释放的能量是多大？ 答案： (1) +2 （ 2） 6.24 MeV （ 3） 2.08 MeV 试题分析： (
12、1)聚变方程为 +2 . (2)质量亏损为 m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u,释放的核能： E=mc2=0.006 7931.5 MeV=6.24 MeV. (3)平均每个核子放出的能量 MeV=2.08 MeV 考点：核反应方程 爱因斯坦质能方程 结合能 点评：解题关键是数量掌握核反应前后的质量数和核电荷数守恒，质量的变化以及质能方程的应用。 已知氘核 质量为 2.013 6 u，中子质量为 1.008 7 u, 核的质量为 3.015 0 u. (1)写出两个氘核聚变成 的核反应方程 ; (2)计算上述核反应中释放的核能 ;
13、 (3)若两个氘核以相等的动能 0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成 核和中子的动能各是多少？ 答案： (1) + + (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV 试题分析：（ 1） + + (2)核反应中质量亏损 m=2.013 6 u2-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u, 释放的核能： E=mc2=0.003 5931.5 MeV=3.26 MeV. （ 3）设 核和中子的质量分别为 m1、 m2，速度分别为 v1、 v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得 m1v1-m2v2=0,Ek1
14、+Ek2=2Ek0+E 解方程组可得 Ek1= （ 2Ek0+E） = (20.35+3.26) MeV=0.99 MeV Ek2= (2Ek0+E)= (20.35+3.26) MeV=2.97 MeV 考点：核反应方程 结合能 动量守恒 能量守恒 点评：；关于动量和能量守恒同样适用于微观世界的原子核反应，这是本题的解题关键。通过该题体会动量守恒定律的普适性，属于一般题，难度不大，应该熟练掌握。 已知在铀 235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损 m=0.215 3 u,则反应中平均每个核子释放的能量为多少？ 答案： .86 MeV 试题分析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般
15、来说平均每个核子释放的能量约为 1 MeV.由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量： E=mc2=0.215 3931.5 MeV=201 MeV 铀核中含有 235个核子 ,所以平均每个核子释放的能量为 MeV=0.86 MeV 考点：爱因斯坦质能方程 点评：简单、基础题，直接应用爱因斯坦质能方程就可以解决，所以本题解题关键是熟练掌握质能方程并能灵活应用。 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中，俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为： + + + 3 235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.9154 反应方程下方的数字是中 子及有关原子核静止时的质量（以原子质量 u为单位），已知 1 u的质量对应的能量为 9.3102 MeV,求放出的能量 . 答案： .8102 MeV 试题分析：裂变前后的质量亏损是 m=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-31.008 7) u, 由质量方程 E=mc2有 E=mc2,即放出的能量 E=m9.3102=1.8102 MeV. 考点：原子核反应 裂变 质能方程 点评：属于简单计算，直接利用核反应方程是计算质能亏损，应熟练掌握。
