?第五章　原子核
4　核裂變與核聚變
5　“基本”粒子
基礎(chǔ)過關(guān)練
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題組一　核裂變
1.(2021上海寶山高二下期末)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中,重核裂變時放出的可以使裂變不斷進行下去的粒子是 (　　)
A.質(zhì)子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子
2.(2021江西南昌第十三中學(xué)高二下月考)下列選項中,表示核裂變的是 (深度解析)
A.92238U→90234Th+24He
B.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n
C.1530P→1430Si+10e
D.49Be+24He→612C+01n
3.(2021安徽合肥高三模擬)92235U是核反應(yīng)堆中的主要核燃料之一,92235U具有放射性,會發(fā)生α衰變,92235U俘獲中子后會發(fā)生裂變產(chǎn)生中等質(zhì)量的原子核,則下列說法正確的是 (　　)
A.衰變過程放出能量,裂變過程吸收能量
B.衰變過程吸收能量,裂變過程放出能量
C.衰變過程和裂變過程均放出能量
D.衰變過程和裂變過程均吸收能量
4.(2020山東濟寧高三月考)我國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的核電站位于山東省威海市榮成石島灣。目前核電站使用的核燃料基本都是濃縮鈾,有一種典型的鈾核裂變方程是?92235U+X→56144Ba+3689Kr+3X。下列關(guān)于X的說法正確的是 (　　)
A.X是β粒子,具有很強的電離本領(lǐng)
B.X是中子,中子是查德威克通過實驗最先發(fā)現(xiàn)的
C.X是中子,中子是盧瑟福通過實驗最先發(fā)現(xiàn)的
D.X是α粒子,穿透能力比較弱
5.(2021陜西西安高三二模)鈾核(92235U)是獲得核能的主要原料之一,其中一種核反應(yīng)方程為92235U+01n→X+3894Sr+201n,反應(yīng)中釋放核能。下列說法正確的是 (深度解析)
A.因為裂變時釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少
B.該核反應(yīng)在中子的轟擊下發(fā)生,為原子核的人工轉(zhuǎn)變
C.X原子核中的核子數(shù)為140,中子數(shù)為84
D.該核反應(yīng)是重核裂變,產(chǎn)物的結(jié)合能之和大于鈾核(92235U)的結(jié)合能
6.(2021天津河?xùn)|高三一模)(多選)2020年11月8日,我國核潛艇第一任總設(shè)計師、中國工程院院士彭士祿榮獲第十三屆光華工程科技成就獎。核潛艇是以核反應(yīng)堆為動力來源的潛艇,其中一種核反應(yīng)方程為?92235U+?01n→X+3894Sr+1001n,下列說法正確的是 (　　)
A.X有54個質(zhì)子,78個中子
B.X的比結(jié)合能比鈾核的小
C.釋放的核能與質(zhì)量虧損成正比
D.該核反應(yīng)屬于鏈?zhǔn)椒磻?yīng),每次生成的?01n會與其他鈾核發(fā)生反應(yīng),使核裂變連續(xù)不斷地進行下去
7.(2021湖北黃岡高二下期末)2021年1月,福清核電廠5號機組正式投入商業(yè)運行,這標(biāo)志著我國核能發(fā)電裝機容量突破5 000萬千瓦。核反應(yīng)方程92235U+01n→?56141Ba+3692Kr+301n是核電站反應(yīng)堆中發(fā)生的許多反應(yīng)中的一種,mU、mBa、mKr、mn分別表示92235U、56141Ba、3692Kr和中子的質(zhì)量,光速為c。
(1)求上述反應(yīng)中一個?92235U核裂變釋放的核能;
(2)若核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為50%,假設(shè)反應(yīng)堆中裂變?nèi)巧鲜龊朔磻?yīng),已知每次核反應(yīng)中放出的核能E1=2.8×10-11 J,92235U核的質(zhì)量約為mU=3.9×10-25 kg,估算目前我國核電站平均每天最多消耗的純凈鈾的質(zhì)量(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。


題組二　反應(yīng)堆與核電站
8.(2021廣東佛山西樵高中高三月考)如圖所示是當(dāng)前核電站普遍使用的核反應(yīng)堆的示意圖,關(guān)于該反應(yīng)堆中進行的核反應(yīng),下列說法中正確的是 (　　)

A.圖示裝置中進行的核反應(yīng)類型是核聚變
B.要使核反應(yīng)速度減慢,可以將鈾棒插入得更深
C.裂變反應(yīng)的燃料是鈾,反應(yīng)過程質(zhì)量不守恒
D.石墨起到降低反應(yīng)溫度的作用
9.(2021上?？亟袑W(xué)高二下期中)鈾核可以發(fā)生衰變和裂變,鈾核的 (　　)
A.衰變和裂變都能自發(fā)發(fā)生
B.衰變和裂變都不能自發(fā)發(fā)生
C.衰變能自發(fā)發(fā)生而裂變不能自發(fā)發(fā)生
D.衰變不能自發(fā)發(fā)生而裂變能自發(fā)發(fā)生
10.(2021湖南長沙高二月考)隨著時代的發(fā)展,能源危機逐漸形成,現(xiàn)在科學(xué)家正在努力尋找新能源。核能是現(xiàn)今比較普遍利用的能源之一,核電站利用核能發(fā)電是人類利用核能的重要手段。據(jù)你判斷,現(xiàn)已建成的核電站的能量來自 (　　)
A.天然放射性元素衰變放出的能量
B.人工放射性同位素放出的能量
C.重核裂變放出的能量
D.化學(xué)反應(yīng)放出的能量
11.(2021廣東梅州高三二模)關(guān)于核能發(fā)電,下列說法正確的是 (　　)
A.核反應(yīng)方程可能是92235U→56141Ba+3692Kr+201n
B.核裂變反應(yīng)過程中質(zhì)量和質(zhì)量數(shù)均減少
C.現(xiàn)有核電站核反應(yīng)的類型包含核聚變和核裂變兩種類型
D.低于臨界體積的鈾塊無法發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
題組三　核聚變
12.(2021上海松江高三二模)中國“人造太陽”最高溫度能達近 2 億度,或?qū)⒃旄Ｈ澜?。它的輻射能量和太陽一樣來自?nèi)部的 (　　)
A.化學(xué)反應(yīng) B.裂變反應(yīng)
C.鏈?zhǔn)椒磻?yīng) D.熱核反應(yīng)
13.(2021廣東佛山高三二模)2020年12月17日,嫦娥五號返回器帶回1 731克月球土壤,開啟了我國對月球礦物資源探索研究的新紀(jì)元。據(jù)推測,月球地殼淺層中富含氦3(23He)元素,氦3是理想的熱核反應(yīng)原料,它與氘(12H)聚變產(chǎn)生質(zhì)子與另一生成物,不會給環(huán)境帶來危害。下列有關(guān)該核反應(yīng)的說法正確的是 (　　)
A.該核反應(yīng)可在常溫下進行
B.另一生成物為24He
C.另一生成物為34Li
D.與氦3原子核比較,另一生成物的原子核質(zhì)量更小
14.(2021湖北省級示范高中高三聯(lián)考)世界上第一臺全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置在中科院等離子物理研究所建設(shè)完成。2018年11月,該裝置實現(xiàn)了1×108 ℃等離子體運行等多項重大突破,為未來和平利用聚變能量邁出了重要一步。關(guān)于核反應(yīng),下列說法正確的是 (　　)
A.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,總質(zhì)量較聚變前增加
B.任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變
C.一個氘核與一個氚核聚變方程為12H+13H→23He+01n
D.對相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多,且更為安全清潔
15.(2021江西新余新鋼中學(xué)高二下月考)核聚變過程的核反應(yīng)方程為12H+13H→24He+01n,反應(yīng)原料氘(12H)富存于海水中,氚(13H)可以從中子轟擊鋰核(36Li)的人工轉(zhuǎn)變中得到。下列說法正確的是 (　　)
A.中子轟擊鋰核(36Li)得到氚(13H)的核反應(yīng)方程為36Li+01n→24He+13H
B.核聚變的條件是要達到高溫高壓的熱核反應(yīng)狀態(tài),故核聚變過程不能釋放出核能
C.核反應(yīng)生成物中的α粒子雖具有很強的穿透能力,但電離本領(lǐng)較弱
D.在中子轟擊鋰核(36Li)發(fā)生的核反應(yīng)生成物中有α粒子,故屬于α衰變
16.(2020河南開封五縣高二下聯(lián)考)太陽能是由太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)釋放出的光能、熱能及輻射能量組成。太陽每年輻射到地球上的能量相當(dāng)于1 813億噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的能量,是全世界年需要能量總和的5 000倍。太陽的熱核反應(yīng)有很多種,其中一種是由氘核(12H)和氚核(13H)結(jié)合成氦核(24He)。
(1)寫出該核反應(yīng)方程。
(2)若發(fā)生一次該核反應(yīng)放出17.6 MeV的能量,則核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量與核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量相比變化了多少?(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)





題組四　“基本”粒子
17.(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的粒子,下列說法正確的是 (　　)
A.許多粒子都有自己的反粒子
B.目前還未發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
C.質(zhì)子屬于強子
D.光子屬于輕子
18.(多選)關(guān)于粒子,下列說法正確的是 (　　)
A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的基本粒子
B.強子都是帶電粒子
C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時,會發(fā)生湮滅現(xiàn)象
D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單元

能力提升練
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題組一　核反應(yīng)方程
1.(2021山東泰安高三二模,)2021年1月30日,“華龍一號”全球首堆——福清核電5號機組投入商業(yè)運行,這標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列。目前核能發(fā)電都是利用核裂變反應(yīng),下列表示重核裂變的是 (　　)
A.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n
B.90234Th→91234Pa+-10e
C.24He+49Be→01n+612C
D.12H+13H→24He+01n
2.(2020河北唐山一中高二下期中,)我國科學(xué)家為滿足“玉兔號”月球車長時間處于黑夜工作的需要,研制了一種小型核能電池,將核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。該電池的設(shè)計要求為功率不必太大,但要便于防護其產(chǎn)生的核輻射。請據(jù)此猜測“玉兔號”所用核能電池有可能采用的核反應(yīng)方程是 (　易錯　)
A.13H+12H→24He+01n
B.92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C.94238Pu→95238Am+-10e
D.1327Al+24He→1530P+01n
3.(2021重慶兩江實驗中學(xué)高二下期中,)2017年1月9日,大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗工程獲得國家自然科學(xué)一等獎。許多原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴隨著中微子的產(chǎn)生,例如核裂變、核聚變、β衰變等。下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是 (　　)
A.90234Th衰變?yōu)?6222Rn,經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變
B.12H+13H→24He+01n是α衰變方程,90234Th→91234Pa+-10e是β衰變方程
C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂變方程,也是氫彈的核反應(yīng)方程
D.高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子,其核反應(yīng)方程為24He+49Be→612C+01n
4.(2021江西重點中學(xué)協(xié)作體高三二模,)核電池是一種核動力裝置,里面裝有放射性元素。某種國產(chǎn)核電池利用94238Pu衰變?yōu)?2234U釋放能量,可連續(xù)幾十年提供穩(wěn)定的電能。下列說法正確的是 (　　)
A.94238Pu發(fā)生α衰變的方程為94238Pu→92234U+23He
B.核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強的電離本領(lǐng),但穿透能力很弱
C.當(dāng)溫度升高,94238Pu衰變的半衰期將變大
D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量之和等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和
題組二　核裂變及其應(yīng)用
5.(2021江西南昌八一中學(xué)高二下期末,)2020年11月27日,“華龍一號”核電5號機組首次并網(wǎng)成功,標(biāo)志著我國正式進入核電技術(shù)先進國家行列?！叭A龍一號”發(fā)電機利用的是鈾核裂變釋放的核能,則下列敘述正確的是 (　　)

A.太陽輻射能量的主要來源也是重核裂變
B.典型的核裂變方程為92235U→56144Ba+3689Kr+201n
C.裂變過程中釋放核能是因為產(chǎn)物中新核的比結(jié)合能大
D.鍶90是鈾235的裂變產(chǎn)物,其半衰期為28年,那么經(jīng)過56年鍶90便衰變沒了
6.(2021四川綿陽中學(xué)高三模擬,)原子核裂變一般生成兩個中等質(zhì)量的原子核,我國科學(xué)家錢三強和何澤慧夫婦研究鈾核裂變時,發(fā)現(xiàn)了鈾核也可能分裂成三部分或四部分。關(guān)于原子核的裂變下面表述正確的是　 (　　)
A.裂變過程存在質(zhì)量虧損,但不一定釋放能量
B.92235U裂變成兩個中等質(zhì)量的原子核,產(chǎn)物可能是?54136Xe和3890Sr
C.92235U容易俘獲快中子而發(fā)生裂變釋放核能
D.92235U的純度越高,其裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)越難進行
7.(2021浙江杭州高三二模,)(多選)在核電站中,核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng),釋放出大量核能。已知核反應(yīng)方程92235U+01n→56141Ba+3692Kr+aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的眾多反應(yīng)中的一種,其中92235U的相對原子質(zhì)量是235.043 9 u(1 u=1.66×10-27 kg),每次該核反應(yīng)釋放出的核能為173.8 MeV?，F(xiàn)有一座核電站發(fā)電能力為3.6×106 kW,核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為45%,假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變?nèi)潜绢}中的核反應(yīng),下列說法正確的是 (　　)
A.X是01n,a=3
B.為使核反應(yīng)堆持續(xù)正常工作,必須由外界不斷地向鈾塊射入高速中子流
C.該裂變反應(yīng)每次釋放出的核能與氫原子光譜中波長最短的一個光子的能量相當(dāng)
D.該核電站每年(1年按3×107 s計算)消耗92235U的質(zhì)量約為3.4 t
8.(2021山東泰安高二下月考,)核能是一種相對來說高效清潔的能源,各國政府都將核能資源利用作為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。小明通過相關(guān)資料查到:某核動力航空母艦的滿載排水量為11.2萬噸,其動力主要由兩組核反應(yīng)堆提供,核反應(yīng)堆中主要的核反應(yīng)是鈾核(92235U)的裂變,即用一個中子去轟擊鈾核。鈾核裂變的產(chǎn)物很多,一種典型的鈾核裂變是生成鋇(56141Ba)和氪(3692Kr)。
(1)寫出該裂變的核反應(yīng)方程;
(2)已知92235U、56141Ba、6392Kr、中子的質(zhì)量分別是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,則上述核反應(yīng)過程中一個鈾235核發(fā)生裂變產(chǎn)生的核能ΔE是多少?(計算結(jié)果保留到小數(shù)點后兩位小數(shù))
(3)假設(shè)一組核反應(yīng)堆的功率P=3.0×106 kW,若一個鈾235核裂變產(chǎn)生的能量為ΔE=3.21×10-11 J,則該航空母艦在海上航行一個月大約需要消耗多少千克鈾235?(鈾235的摩爾質(zhì)量為0.235 kg/mol,一個月約為t=2.6×106 s,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×1023 mol-1,計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)




題組三　核聚變及其應(yīng)用
9.(2021遼寧撫順高三一模,)2020年12月4日,新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成并實現(xiàn)首次放電,標(biāo)志著我國自主掌握了大型先進磁約束核聚變實驗研究裝置的設(shè)計、建造、運行技術(shù),為我國核聚變堆的自主設(shè)計與建造打下堅實基礎(chǔ)。下列關(guān)于核聚變的說法正確的是 (　　)
A.12H+13H→24He+01n為人工核轉(zhuǎn)變方程
B.核聚變反應(yīng)為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
C.兩個輕核在任何條件下都能發(fā)生核聚變
D.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,核子的比結(jié)合能增大
10.(2021廣東珠海二中高二下期中,)(多選)月球儲藏大量可控核聚變理想燃料氦3(23He),2020年12月,我國“嫦娥五號”探測器在月面著陸后“挖土”并成功帶回地面供科學(xué)研究。可控核聚變可以采用12H+13H→24He+X或12H+23He→24He+Y。下列說法正確的是 (　　)
A.X是中子
B.Y是正電子
C.核聚變過程發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放核能
D.23He比?24He的原子核更穩(wěn)定
11.(2021江蘇徐州高二下期末,)太陽的巨大能量是核聚變產(chǎn)生的,其中一種核反應(yīng)方程為12H+13H→24He+X。已知12H的比結(jié)合能為E1,13H的比結(jié)合能為E2,24He的比結(jié)合能為E3,真空中的光速為c,則 (　　)
A.X表示質(zhì)子
B.12H核比24He核更穩(wěn)定
C.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損可以表示為4E3-2E1-3E2c2
D.一個12H核與一個13H核的結(jié)合能之和等于一個24He核的結(jié)合能
12.(2021江蘇蘇州高二下期末,)已知氘核?12H的質(zhì)量為m1,中子?01n的質(zhì)量為m2,23He的質(zhì)量為m3,真空中的光速為c。
(1)寫出兩個氘核?12H聚變?yōu)橐粋€?23He的核反應(yīng)方程,并計算釋放的能量;
(2)質(zhì)量為M的氘核?12H完全聚變?yōu)?23He,釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的能量?(已知煤的燃燒值為q,題中所用物理量的單位均為國際單位制單位)



13.(2020江西吉水二中高二下期中,)已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,23He核的質(zhì)量為3.015 0 u。兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成?23He并放出一個中子,釋放的核能可以認(rèn)為全部轉(zhuǎn)化為機械能。(質(zhì)量虧損為1 u時,釋放的能量為931.5 MeV。除了計算質(zhì)量虧損外,23He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)
(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方程;
(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少?
(3)若測得反應(yīng)后生成中子的動能是3.12 MeV,則反應(yīng)前每個氘核的動能是多少?深度解析










答案全解全析
第五章　原子核
4　核裂變與核聚變
5　“基本”粒子
基礎(chǔ)過關(guān)練
1.B　重核裂變時放出中子,中子再轟擊其他重核發(fā)生新的重核裂變,形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng),B正確。
2.B　選項A中是α衰變方程,故A錯誤。重核的裂變是指重核在中子的轟擊下分裂成中等質(zhì)量原子核的核反應(yīng),選項B中的核反應(yīng)為重核裂變,故B正確。選項C中有一個新核和一個正電子生成,不是裂變,故C錯誤。選項D中的核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,故D錯誤。
方法技巧
重核裂變的實質(zhì)
(1)重核裂變是用中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核,使之分裂成中等質(zhì)量的原子核,同時釋放大量的能量的過程。
(2)重核的裂變是放能核反應(yīng),原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損,根本原因是重核的比結(jié)合能比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小。
3.C　由于衰變過程和裂變過程均有質(zhì)量虧損,因此均放出能量,故C正確。
4.B　根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,X為中子,故A、D錯誤;根據(jù)物理學(xué)史可知,中子是查德威克通過實驗最先發(fā)現(xiàn)的,故B正確,C錯誤。
5.D　裂變時釋放能量,存在質(zhì)量虧損,但是質(zhì)量數(shù)不變,故A錯誤;該核反應(yīng)為重核裂變,不是人工轉(zhuǎn)變,故B錯誤;X原子核中的核子數(shù)為(235+1)-(94+2)=140,中子數(shù)為140-(92-38)=86,故C錯誤;鈾核裂變過程中會釋放能量,則裂變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能,故D正確。
導(dǎo)師點睛
核裂變反應(yīng)和一般的核反應(yīng)一樣,也遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒,這是書寫核反應(yīng)方程的重要依據(jù)。
6.ACD　根據(jù)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知X的質(zhì)量數(shù)為132,電荷數(shù)為54,得其質(zhì)子數(shù)為54,中子數(shù)為132-54=78,故A正確;X是中等質(zhì)量的核,比結(jié)合能比鈾核大,故B錯誤;根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,可知釋放的核能與質(zhì)量虧損成正比,故C正確;該核反應(yīng)屬于鏈?zhǔn)椒磻?yīng),每次生成的?01n會與其他鈾核發(fā)生反應(yīng),使核裂變連續(xù)不斷地進行下去,故D正確。
7.答案　(1)(mU-mBa-mKr-2mn)c2　(2)1.2×102 kg
解析　(1)質(zhì)量虧損為Δm=mU-mBa-mKr-2mn
釋放的核能為ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)目前我國每天的核電能量為E0=Pt=4.32×1015 J
則每天消耗的核能為E總=E0η=8.64×1015 J
則每天發(fā)生核反應(yīng)的?92235U核個數(shù)為N=E總E1
每天消耗的純凈鈾質(zhì)量為:M=NmU=1.2×102 kg
8.C　圖示裝置中進行的核反應(yīng)類型是核裂變,故A錯誤;將鈾棒插入得更深,中子接觸的鈾原子更多,反應(yīng)加劇,故B錯誤;裂變反應(yīng)的燃料是鈾,反應(yīng)過程發(fā)生質(zhì)量虧損,質(zhì)量不守恒,故C正確;石墨主要是將快中子變?yōu)槁凶?故D錯誤。
9.C　鈾是天然放射性元素,所以鈾核的衰變能自發(fā)發(fā)生,而鈾核的裂變是人工實現(xiàn)的,是用中子轟擊鈾核實現(xiàn)的,所以鈾核的裂變不能自發(fā)發(fā)生,故A、B、D錯誤,C正確。
10.C　現(xiàn)已建成的核電站的能量來自重核裂變放出的能量,故C正確。
11.D　核電站發(fā)電時利用的是鈾核裂變,鈾核裂變是用中子轟擊鈾核引發(fā)的,故核反應(yīng)方程可能是92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故A錯誤;核裂變反應(yīng)過程中要釋放能量,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,可知質(zhì)量是減少的,但反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)保持不變,故B錯誤;現(xiàn)有核電站核反應(yīng)的類型是核裂變,核聚變還沒有應(yīng)用于核電站發(fā)電,故C錯誤;低于臨界體積時,鈾塊無法發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),故D正確。
12.D　“人造太陽”的輻射能量和太陽一樣來自內(nèi)部的核聚變反應(yīng),即熱核反應(yīng),故D正確。
13.B　熱核反應(yīng)的發(fā)生需要極高的溫度,常溫下不能進行,故A錯誤;寫出核反應(yīng)方程為?23He+12H→X+11H,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知另一生成物X為?24He,故B正確,C錯誤;與氦3原子核比較,氦4原子核的質(zhì)量更大,故D錯誤。
14.D　兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,反應(yīng)放出能量,則總質(zhì)量較聚變前減小,故A錯誤;自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氘與氚的聚變,不是任意的原子核都能發(fā)生核聚變,故B錯誤;一個氘核與一個氚核聚變方程為12H+13H→24He+01n,故C錯誤;對相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多,且更為安全清潔,故D正確。
15.A　根據(jù)題意以及質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得中子轟擊鋰核的人工轉(zhuǎn)變方程為36Li+01n→24He+13H,故A正確;核反應(yīng)中釋放的核能來源于核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損,與核反應(yīng)的條件無關(guān),故B錯誤;核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強的電離本領(lǐng),但穿透能力較弱,故C錯誤;中子轟擊鋰核(36Li)發(fā)生的核反應(yīng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變,故D錯誤。
16.答案　(1)12H+13H→24He+01n　(2)3.1×10-29 kg
解析　(1)由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得
核反應(yīng)方程為?12H+13H→24He+01n
(2)根據(jù)ΔE=Δmc2得
Δm=ΔEc2=17.6×106×1.6×10-199×1016 kg≈3.1×10-29 kg。
17.ABC　許多粒子都有自己的反粒子,反粒子與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量,但電荷的符號相反,故A正確;目前還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),B正確;質(zhì)子和中子屬于強子,光子屬于規(guī)范玻色子,故C正確,D錯誤。
18.CD　由于中子、質(zhì)子是由不同的夸克組成的,它們不再是基本粒子,夸克模型是探究強子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克構(gòu)成強子,有的強子帶電,有的不帶電,不同夸克帶電荷量不同,可能為+23e或-13e,說明電子電荷不再是電荷的最小單元,A錯誤,D正確;中子是強子,但不帶電,故B錯誤;反粒子與其對應(yīng)的粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時會發(fā)生湮滅現(xiàn)象,故C正確。
能力提升練
1.A　選項A中的核反應(yīng)是重核裂變,選項A正確;選項B中的是衰變方程,選項B錯誤;選項C中的核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變,選項C錯誤;選項D中的核反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng),選項D錯誤。
2.C　A項是核聚變反應(yīng),反應(yīng)劇烈,至今可控核聚變反應(yīng)還處于實驗研究階段,所以不宜采用,故A錯誤;B項是重核裂變反應(yīng),雖然實現(xiàn)了人工控制,但因反應(yīng)劇烈,防護要求高,還不能小型化,目前只是一些大型的核電站采用,故B錯誤;C項是放射性同位素的衰變反應(yīng),是小型核能電池主要采用的反應(yīng)方式,故C正確;D項是人工核反應(yīng),需要高能α粒子,在月球上不易實現(xiàn),故D錯誤。
易混易錯
本題易錯選A項或B項。選A項是不了解核聚變反應(yīng)發(fā)生的條件,這種核反應(yīng)需要極高的溫度,現(xiàn)階段無法實現(xiàn)。選B項是不了解核裂變的反應(yīng)堆裝置的實際情景,其設(shè)備巨大,不可能被整體攜帶到月球上。
3.A　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得α衰變的次數(shù)為x=234-2224=3,根據(jù)電荷數(shù)守恒可得β衰變的次數(shù)為y=86+2x-90=2,A正確;12H+13H→24He+01n是核聚變,B錯誤;92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂變方程,也是原子彈的核反應(yīng)方程,C錯誤;高速運動的α粒子轟擊鈹核可從鈹核中打出中子,D錯誤。
4.B　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知衰變方程為94238Pu→92234U+24He,故A錯誤;核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強的電離本領(lǐng),但穿透能力很弱,故B正確;半衰期是由放射性元素本身決定的,與環(huán)境溫度無關(guān),故C錯誤;此核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損,故D錯誤。
5.C　太陽內(nèi)部發(fā)生核聚變,故A錯誤;典型的核裂變方程為92235U+01n→?56144Ba+3689Kr+301n,故B錯誤;裂變釋放核能是因為新核的比結(jié)合能大于原來重核的比結(jié)合能,故C正確;經(jīng)過56年鍶90剩下原來的四分之一,故D錯誤。
6.B　裂變過程存在質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,一定釋放能量,故A錯誤;92235U裂變成兩個中等質(zhì)量的原子核的裂變反應(yīng)有許多種,產(chǎn)物有可能是54136Xe和3890Sr,故B正確;92235U容易俘獲慢中子而發(fā)生裂變釋放核能,故C錯誤;92235U的純度越高,其裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)越容易進行,故D錯誤。
7.AD　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷,X是01n,a=235+1-141-92=3,故A正確;核反應(yīng)會產(chǎn)生中子,故不需要一直由外界射入高速中子流,故B錯誤;氫原子光譜中波長最短的光子能量為13.6 eV,該裂變反應(yīng)每次釋放出的核能為173.8 MeV,兩者不相等,故C錯誤;該反應(yīng)堆每年提供的能量為E總=MmUΔE①,核電站一年提供的電能為W電=Pt②,另外η=W電E總×100%③,聯(lián)立①②③可得M≈3.4×103 kg≈3.4 t,故D正確。
8.答案　(1)92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n　(2)200.55 MeV　(3)190 kg
解析　(1)該裂變的核反應(yīng)方程為92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
(2)質(zhì)量虧損為Δm=(235.043 9-140.913 9-91.897 3-2×1.008 7)u=0.215 3 u
由愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放的核能為ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.55 MeV
(3)一個月內(nèi)核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量為E=2Pt
參與核反應(yīng)的鈾核數(shù)目為N=EΔE
一個月內(nèi),核反應(yīng)堆消耗的鈾核的物質(zhì)的量為n=NNA
所以一個月內(nèi)消耗的鈾235的質(zhì)量為m=nM
聯(lián)立方程并代入數(shù)據(jù)可得m≈190 kg
9.D　12H+13H→24He+01n是兩個輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核,為輕核聚變反應(yīng),故A錯誤;鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是生成物里面有反應(yīng)物,可以讓核反應(yīng)自發(fā)地繼續(xù)進行下去,如重核裂變,故核聚變反應(yīng)不是鏈?zhǔn)椒磻?yīng),故B錯誤;輕核聚變反應(yīng)需要溫度足夠高使得輕核距離非常近,故C錯誤;兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過程要釋放能量,核子的平均質(zhì)量減小,所以核子的比結(jié)合能增大,故D正確。
10.AC　根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,則X為中子;Y的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為1,則Y為質(zhì)子,選項A正確,B錯誤;核聚變過程發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放核能,選項C正確;因反應(yīng)放出核能,則?24He比23He的原子核更穩(wěn)定,選項D錯誤。
11.C　根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得,X的電荷數(shù)為0,質(zhì)量數(shù)為1,X為中子,故A錯誤;使重核裂變?yōu)橹械却笮〉暮嘶蚴馆p核聚變?yōu)橹械却笮〉暮?都可使核更為穩(wěn)定并放出能量,故生成物一個核子的平均結(jié)合能(比結(jié)合能)大于反應(yīng)物一個核子的平均結(jié)合能(比結(jié)合能),比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,則24He核比12H核更穩(wěn)定,故B錯誤;由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,解得Δm=ΔEc2=4E3-2E1-3E2c2,故C正確;核聚變反應(yīng)是放熱反應(yīng),則生成物的結(jié)合能之和一定大于反應(yīng)物的結(jié)合能之和,故D錯誤。
12.答案　(1)12H+12H→23He+01n　(2m1-m2-m3)c2　(2)M2m1q(2m1-m2-m3)c2
解析　(1)核反應(yīng)方程為12H+12H→23He+01n
核聚變前后的質(zhì)量虧損為Δm=2m1-(m2+m3)
根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,釋放的能量為ΔE=Δmc2
解得ΔE=(2m1-m2-m3)c2
(2)質(zhì)量為M的氘所含氘核數(shù)為N=Mm1
完全聚變?yōu)?23He所釋放的能量為E=M2m1(2m1-m2-m3)c2
相當(dāng)于完全燃燒m=M2m1q(2m1-m2-m3)c2的煤放出的能量。
13.答案　(1)12H+12H→23He+01n　(2)3.26 MeV　(3)0.45 MeV
解析　(1)由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知,核反應(yīng)方程為?12H+12H→23He+01n
(2)質(zhì)量虧損為
Δm=2.013 6×2 u-(3.015 0+1.008 7) u=0.003 5 u
釋放的核能為ΔE=931.5×0.003 5 MeV=3.26 MeV
(3)設(shè)中子和?23He核的質(zhì)量分別為m1、m2,速度大小分別為v1、v2,反應(yīng)前每個氘核的動能是E0,反應(yīng)后生成的中子和?23He核的動能分別為Ek1、Ek2,核反應(yīng)過程系統(tǒng)動量守恒,以中子的速度方向為正方向,由動量守恒定律得m1v1-m2v2=0
由能量守恒定律得2E0+ΔE=Ek1+Ek2
又Ek1=12m1v12=3.12 MeV,Ek2=12m2v22,m2=3m1
解得E0=0.45 MeV
導(dǎo)師點睛
在核反應(yīng)方程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的;在解核反應(yīng)中有關(guān)力學(xué)綜合問題時,動量守恒定律和能量守恒定律仍適用。

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