物理选择性必修 第三册第五章 原子核5 “基本”粒子同步训练题

这是一份物理选择性必修 第三册第五章 原子核5 “基本”粒子同步训练题，共17页。试卷主要包含了下列选项中,表示核裂变的是，铀核可以发生衰变和裂变,铀核的等内容，欢迎下载使用。

第五章　原子核
4　核裂变与核聚变
5　“基本”粒子
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　核裂变
1.(2021上海宝山高二下期末)链式反应中,重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是 (　　)
A.质子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子
2.(2021江西南昌第十三中学高二下月考)下列选项中,表示核裂变的是 (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安徽合肥高三模拟)92235U是核反应堆中的主要核燃料之一,92235U具有放射性,会发生α衰变,92235U俘获中子后会发生裂变产生中等质量的原子核,则下列说法正确的是 (　　)
A.衰变过程放出能量,裂变过程吸收能量
B.衰变过程吸收能量,裂变过程放出能量
C.衰变过程和裂变过程均放出能量
D.衰变过程和裂变过程均吸收能量
4.(2020山东济宁高三月考)我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站位于山东省威海市荣成石岛湾。目前核电站使用的核燃料基本都是浓缩铀,有一种典型的铀核裂变方程是 92235U+X→56144Ba+3689Kr+3X。下列关于X的说法正确的是 (　　)
A.X是β粒子,具有很强的电离本领
B.X是中子,中子是查德威克通过实验最先发现的
C.X是中子,中子是卢瑟福通过实验最先发现的
D.X是α粒子,穿透能力比较弱
5.(2021陕西西安高三二模)铀核(92235U)是获得核能的主要原料之一,其中一种核反应方程为92235U+01n→X+3894Sr+201n,反应中释放核能。下列说法正确的是 (深度解析)
A.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数减少
B.该核反应在中子的轰击下发生,为原子核的人工转变
C.X原子核中的核子数为140,中子数为84
D.该核反应是重核裂变,产物的结合能之和大于铀核(92235U)的结合能
6.(2021天津河东高三一模)(多选)2020年11月8日,我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇,其中一种核反应方程为 92235U+ 01n→X+3894Sr+1001n,下列说法正确的是 (　　)
A.X有54个质子,78个中子
B.X的比结合能比铀核的小
C.释放的核能与质量亏损成正比
D.该核反应属于链式反应,每次生成的 01n会与其他铀核发生反应,使核裂变连续不断地进行下去
7.(2021湖北黄冈高二下期末)2021年1月,福清核电厂5号机组正式投入商业运行,这标志着我国核能发电装机容量突破5 000万千瓦。核反应方程92235U+01n→ 56141Ba+3692Kr+301n是核电站反应堆中发生的许多反应中的一种,mU、mBa、mKr、mn分别表示92235U、56141Ba、3692Kr和中子的质量,光速为c。
(1)求上述反应中一个 92235U核裂变释放的核能;
(2)若核能转化为电能的效率为50%,假设反应堆中裂变全是上述核反应,已知每次核反应中放出的核能E1=2.8×10-11 J,92235U核的质量约为mU=3.9×10-25 kg,估算目前我国核电站平均每天最多消耗的纯净铀的质量(结果保留两位有效数字)。


题组二　反应堆与核电站
8.(2021广东佛山西樵高中高三月考)如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图,关于该反应堆中进行的核反应,下列说法中正确的是 (　　)

A.图示装置中进行的核反应类型是核聚变
B.要使核反应速度减慢,可以将铀棒插入得更深
C.裂变反应的燃料是铀,反应过程质量不守恒
D.石墨起到降低反应温度的作用
9.(2021上海控江中学高二下期中)铀核可以发生衰变和裂变,铀核的 (　　)
A.衰变和裂变都能自发发生
B.衰变和裂变都不能自发发生
C.衰变能自发发生而裂变不能自发发生
D.衰变不能自发发生而裂变能自发发生
10.(2021湖南长沙高二月考)随着时代的发展,能源危机逐渐形成,现在科学家正在努力寻找新能源。核能是现今比较普遍利用的能源之一,核电站利用核能发电是人类利用核能的重要手段。据你判断,现已建成的核电站的能量来自 (　　)
A.天然放射性元素衰变放出的能量
B.人工放射性同位素放出的能量
C.重核裂变放出的能量
D.化学反应放出的能量
11.(2021广东梅州高三二模)关于核能发电,下列说法正确的是 (　　)
A.核反应方程可能是92235U→56141Ba+3692Kr+201n
B.核裂变反应过程中质量和质量数均减少
C.现有核电站核反应的类型包含核聚变和核裂变两种类型
D.低于临界体积的铀块无法发生链式反应
题组三　核聚变
12.(2021上海松江高三二模)中国“人造太阳”最高温度能达近 2 亿度,或将造福全世界。它的辐射能量和太阳一样来自内部的 (　　)
A.化学反应 B.裂变反应
C.链式反应 D.热核反应
13.(2021广东佛山高三二模)2020年12月17日,嫦娥五号返回器带回1 731克月球土壤,开启了我国对月球矿物资源探索研究的新纪元。据推测,月球地壳浅层中富含氦3(23He)元素,氦3是理想的热核反应原料,它与氘(12H)聚变产生质子与另一生成物,不会给环境带来危害。下列有关该核反应的说法正确的是 (　　)
A.该核反应可在常温下进行
B.另一生成物为24He
C.另一生成物为34Li
D.与氦3原子核比较,另一生成物的原子核质量更小
14.(2021湖北省级示范高中高三联考)世界上第一台全超导托卡马克核聚变实验装置在中科院等离子物理研究所建设完成。2018年11月,该装置实现了1×108 ℃等离子体运行等多项重大突破,为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核反应,下列说法正确的是 (　　)
A.两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加
B.任何两个原子核都可以发生聚变
C.一个氘核与一个氚核聚变方程为12H+13H→23He+01n
D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,且更为安全清洁
15.(2021江西新余新钢中学高二下月考)核聚变过程的核反应方程为12H+13H→24He+01n,反应原料氘(12H)富存于海水中,氚(13H)可以从中子轰击锂核(36Li)的人工转变中得到。下列说法正确的是 (　　)
A.中子轰击锂核(36Li)得到氚(13H)的核反应方程为36Li+01n→24He+13H
B.核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态,故核聚变过程不能释放出核能
C.核反应生成物中的α粒子虽具有很强的穿透能力,但电离本领较弱
D.在中子轰击锂核(36Li)发生的核反应生成物中有α粒子,故属于α衰变
16.(2020河南开封五县高二下联考)太阳能是由太阳内部的热核反应释放出的光能、热能及辐射能量组成。太阳每年辐射到地球上的能量相当于1 813亿吨标准煤燃烧所放出的能量,是全世界年需要能量总和的5 000倍。太阳的热核反应有很多种,其中一种是由氘核(12H)和氚核(13H)结合成氦核(24He)。
(1)写出该核反应方程。
(2)若发生一次该核反应放出17.6 MeV的能量,则核反应后生成物的总质量与核反应前物质的总质量相比变化了多少?(结果保留两位有效数字)





题组四　“基本”粒子
17.(多选)关于人们发现的粒子,下列说法正确的是 (　　)
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.目前还未发现轻子的内部结构
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
18.(多选)关于粒子,下列说法正确的是 (　　)
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子
B.强子都是带电粒子
C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单元

能力提升练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　核反应方程
1.(2021山东泰安高三二模,)2021年1月30日,“华龙一号”全球首堆——福清核电5号机组投入商业运行,这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。目前核能发电都是利用核裂变反应,下列表示重核裂变的是 (　　)
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,)我国科学家为满足“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能。该电池的设计要求为功率不必太大,但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采用的核反应方程是 (　易错　)
A.13H+12H→24He+01n
B.92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C.94238Pu→95238Am+-10e
D.1327Al+24He→1530P+01n
3.(2021重庆两江实验中学高二下期中,)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。许多原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是 (　　)
A.90234Th衰变为86222Rn,经过3次α衰变,2次β衰变
B.12H+13H→24He+01n是α衰变方程,90234Th→91234Pa+-10e是β衰变方程
C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程
D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为24He+49Be→612C+01n
4.(2021江西重点中学协作体高三二模,)核电池是一种核动力装置,里面装有放射性元素。某种国产核电池利用94238Pu衰变为92234U释放能量,可连续几十年提供稳定的电能。下列说法正确的是 (　　)
A.94238Pu发生α衰变的方程为94238Pu→92234U+23He
B.核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领,但穿透能力很弱
C.当温度升高,94238Pu衰变的半衰期将变大
D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量之和等于反应物的质量之和
题组二　核裂变及其应用
5.(2021江西南昌八一中学高二下期末,)2020年11月27日,“华龙一号”核电5号机组首次并网成功,标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”发电机利用的是铀核裂变释放的核能,则下列叙述正确的是 (　　)

A.太阳辐射能量的主要来源也是重核裂变
B.典型的核裂变方程为92235U→56144Ba+3689Kr+201n
C.裂变过程中释放核能是因为产物中新核的比结合能大
D.锶90是铀235的裂变产物,其半衰期为28年,那么经过56年锶90便衰变没了
6.(2021四川绵阳中学高三模拟,)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.裂变过程存在质量亏损,但不一定释放能量
B.92235U裂变成两个中等质量的原子核,产物可能是 54136Xe和3890Sr
C.92235U容易俘获快中子而发生裂变释放核能
D.92235U的纯度越高,其裂变的链式反应越难进行
7.(2021浙江杭州高三二模,)(多选)在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。已知核反应方程92235U+01n→56141Ba+3692Kr+aX是反应堆中发生的众多反应中的一种,其中92235U的相对原子质量是235.043 9 u(1 u=1.66×10-27 kg),每次该核反应释放出的核能为173.8 MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106 kW,核能转化为电能的效率为45%,假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应,下列说法正确的是 (　　)
A.X是01n,a=3
B.为使核反应堆持续正常工作,必须由外界不断地向铀块射入高速中子流
C.该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当
D.该核电站每年(1年按3×107 s计算)消耗92235U的质量约为3.4 t
8.(2021山东泰安高二下月考,)核能是一种相对来说高效清洁的能源,各国政府都将核能资源利用作为国家能源发展战略的重要内容。小明通过相关资料查到:某核动力航空母舰的满载排水量为11.2万吨,其动力主要由两组核反应堆提供,核反应堆中主要的核反应是铀核(92235U)的裂变,即用一个中子去轰击铀核。铀核裂变的产物很多,一种典型的铀核裂变是生成钡(56141Ba)和氪(3692Kr)。
(1)写出该裂变的核反应方程;
(2)已知92235U、56141Ba、6392Kr、中子的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少?(计算结果保留到小数点后两位小数)
(3)假设一组核反应堆的功率P=3.0×106 kW,若一个铀235核裂变产生的能量为ΔE=3.21×10-11 J,则该航空母舰在海上航行一个月大约需要消耗多少千克铀235?(铀235的摩尔质量为0.235 kg/mol,一个月约为t=2.6×106 s,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1,计算结果保留三位有效数字)




题组三　核聚变及其应用
9.(2021辽宁抚顺高三一模,)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(HL-2M)在成都建成并实现首次放电,标志着我国自主掌握了大型先进磁约束核聚变实验研究装置的设计、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。下列关于核聚变的说法正确的是 (　　)
A.12H+13H→24He+01n为人工核转变方程
B.核聚变反应为链式反应
C.两个轻核在任何条件下都能发生核聚变
D.两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增大
10.(2021广东珠海二中高二下期中,)(多选)月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦3(23He),2020年12月,我国“嫦娥五号”探测器在月面着陆后“挖土”并成功带回地面供科学研究。可控核聚变可以采用12H+13H→24He+X或12H+23He→24He+Y。下列说法正确的是 (　　)
A.X是中子
B.Y是正电子
C.核聚变过程发生质量亏损,释放核能
D.23He比 24He的原子核更稳定
11.(2021江苏徐州高二下期末,)太阳的巨大能量是核聚变产生的,其中一种核反应方程为12H+13H→24He+X。已知12H的比结合能为E1,13H的比结合能为E2,24He的比结合能为E3,真空中的光速为c,则 (　　)
A.X表示质子
B.12H核比24He核更稳定
C.核反应过程中的质量亏损可以表示为4E3-2E1-3E2c2
D.一个12H核与一个13H核的结合能之和等于一个24He核的结合能
12.(2021江苏苏州高二下期末,)已知氘核 12H的质量为m1,中子 01n的质量为m2,23He的质量为m3,真空中的光速为c。
(1)写出两个氘核 12H聚变为一个 23He的核反应方程,并计算释放的能量;
(2)质量为M的氘核 12H完全聚变为 23He,释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量?(已知煤的燃烧值为q,题中所用物理量的单位均为国际单位制单位)



13.(2020江西吉水二中高二下期中,)已知氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 u,23He核的质量为3.015 0 u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成 23He并放出一个中子,释放的核能可以认为全部转化为机械能。(质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV。除了计算质量亏损外,23He的质量可以认为是中子的3倍)
(1)写出该核反应的反应方程;
(2)该核反应释放的核能是多少?
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV,则反应前每个氘核的动能是多少?深度解析










答案全解全析
第五章　原子核
4　核裂变与核聚变
5　“基本”粒子
基础过关练
1.B　重核裂变时放出中子,中子再轰击其他重核发生新的重核裂变,形成链式反应,B正确。
2.B　选项A中是α衰变方程,故A错误。重核的裂变是指重核在中子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应,选项B中的核反应为重核裂变,故B正确。选项C中有一个新核和一个正电子生成,不是裂变,故C错误。选项D中的核反应为原子核的人工转变方程,故D错误。
方法技巧
重核裂变的实质
(1)重核裂变是用中子轰击质量数较大的原子核,使之分裂成中等质量的原子核,同时释放大量的能量的过程。
(2)重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后质量有亏损,根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小。
3.C　由于衰变过程和裂变过程均有质量亏损,因此均放出能量,故C正确。
4.B　根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知,X为中子,故A、D错误;根据物理学史可知,中子是查德威克通过实验最先发现的,故B正确,C错误。
5.D　裂变时释放能量,存在质量亏损,但是质量数不变,故A错误;该核反应为重核裂变,不是人工转变,故B错误;X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140,中子数为140-(92-38)=86,故C错误;铀核裂变过程中会释放能量,则裂变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能,故D正确。
导师点睛
核裂变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数守恒和质量数守恒,这是书写核反应方程的重要依据。
6.ACD　根据核反应遵循质量数和电荷数守恒,可知X的质量数为132,电荷数为54,得其质子数为54,中子数为132-54=78,故A正确;X是中等质量的核,比结合能比铀核大,故B错误;根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可知释放的核能与质量亏损成正比,故C正确;该核反应属于链式反应,每次生成的 01n会与其他铀核发生反应,使核裂变连续不断地进行下去,故D正确。
7.答案　(1)(mU-mBa-mKr-2mn)c2　(2)1.2×102 kg
解析　(1)质量亏损为Δm=mU-mBa-mKr-2mn
释放的核能为ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)目前我国每天的核电能量为E0=Pt=4.32×1015 J
则每天消耗的核能为E总=E0η=8.64×1015 J
则每天发生核反应的 92235U核个数为N=E总E1
每天消耗的纯净铀质量为:M=NmU=1.2×102 kg
8.C　图示装置中进行的核反应类型是核裂变,故A错误;将铀棒插入得更深,中子接触的铀原子更多,反应加剧,故B错误;裂变反应的燃料是铀,反应过程发生质量亏损,质量不守恒,故C正确;石墨主要是将快中子变为慢中子,故D错误。
9.C　铀是天然放射性元素,所以铀核的衰变能自发发生,而铀核的裂变是人工实现的,是用中子轰击铀核实现的,所以铀核的裂变不能自发发生,故A、B、D错误,C正确。
10.C　现已建成的核电站的能量来自重核裂变放出的能量,故C正确。
11.D　核电站发电时利用的是铀核裂变,铀核裂变是用中子轰击铀核引发的,故核反应方程可能是92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故A错误;核裂变反应过程中要释放能量,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可知质量是减少的,但反应前后质量数保持不变,故B错误;现有核电站核反应的类型是核裂变,核聚变还没有应用于核电站发电,故C错误;低于临界体积时,铀块无法发生链式反应,故D正确。
12.D　“人造太阳”的辐射能量和太阳一样来自内部的核聚变反应,即热核反应,故D正确。
13.B　热核反应的发生需要极高的温度,常温下不能进行,故A错误;写出核反应方程为 23He+12H→X+11H,根据电荷数和质量数守恒可知另一生成物X为 24He,故B正确,C错误;与氦3原子核比较,氦4原子核的质量更大,故D错误。
14.D　两个轻核结合成质量较大的核,反应放出能量,则总质量较聚变前减小,故A错误;自然界中最容易实现的聚变反应是氘与氚的聚变,不是任意的原子核都能发生核聚变,故B错误;一个氘核与一个氚核聚变方程为12H+13H→24He+01n,故C错误;对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,且更为安全清洁,故D正确。
15.A　根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的人工转变方程为36Li+01n→24He+13H,故A正确;核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损,与核反应的条件无关,故B错误;核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领,但穿透能力较弱,故C错误;中子轰击锂核(36Li)发生的核反应是原子核的人工转变,故D错误。
16.答案　(1)12H+13H→24He+01n　(2)3.1×10-29 kg
解析　(1)由核反应中质量数和电荷数守恒可得
核反应方程为 12H+13H→24He+01n
(2)根据ΔE=Δmc2得
Δm=ΔEc2=17.6×106×1.6×10-199×1016 kg≈3.1×10-29 kg。
17.ABC　许多粒子都有自己的反粒子,反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,故A正确;目前还没有发现轻子的内部结构,B正确;质子和中子属于强子,光子属于规范玻色子,故C正确,D错误。
18.CD　由于中子、质子是由不同的夸克组成的,它们不再是基本粒子,夸克模型是探究强子结构的理论,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的不带电,不同夸克带电荷量不同,可能为+23e或-13e,说明电子电荷不再是电荷的最小单元,A错误,D正确;中子是强子,但不带电,故B错误;反粒子与其对应的粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确。
能力提升练
1.A　选项A中的核反应是重核裂变,选项A正确;选项B中的是衰变方程,选项B错误;选项C中的核反应为原子核的人工转变,选项C错误;选项D中的核反应是轻核聚变反应,选项D错误。
2.C　A项是核聚变反应,反应剧烈,至今可控核聚变反应还处于实验研究阶段,所以不宜采用,故A错误;B项是重核裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化,目前只是一些大型的核电站采用,故B错误;C项是放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式,故C正确;D项是人工核反应,需要高能α粒子,在月球上不易实现,故D错误。
易混易错
本题易错选A项或B项。选A项是不了解核聚变反应发生的条件,这种核反应需要极高的温度,现阶段无法实现。选B项是不了解核裂变的反应堆装置的实际情景,其设备巨大,不可能被整体携带到月球上。
3.A　根据质量数守恒可得α衰变的次数为x=234-2224=3,根据电荷数守恒可得β衰变的次数为y=86+2x-90=2,A正确;12H+13H→24He+01n是核聚变,B错误;92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂变方程,也是原子弹的核反应方程,C错误;高速运动的α粒子轰击铍核可从铍核中打出中子,D错误。
4.B　根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为94238Pu→92234U+24He,故A错误;核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领,但穿透能力很弱,故B正确;半衰期是由放射性元素本身决定的,与环境温度无关,故C错误;此核反应过程中存在质量亏损,故D错误。
5.C　太阳内部发生核聚变,故A错误;典型的核裂变方程为92235U+01n→ 56144Ba+3689Kr+301n,故B错误;裂变释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能,故C正确;经过56年锶90剩下原来的四分之一,故D错误。
6.B　裂变过程存在质量亏损,根据爱因斯坦质能方程可知,一定释放能量,故A错误;92235U裂变成两个中等质量的原子核的裂变反应有许多种,产物有可能是54136Xe和3890Sr,故B正确;92235U容易俘获慢中子而发生裂变释放核能,故C错误;92235U的纯度越高,其裂变的链式反应越容易进行,故D错误。
7.AD　根据质量数守恒和电荷数守恒可判断,X是01n,a=235+1-141-92=3,故A正确;核反应会产生中子,故不需要一直由外界射入高速中子流,故B错误;氢原子光谱中波长最短的光子能量为13.6 eV,该裂变反应每次释放出的核能为173.8 MeV,两者不相等,故C错误;该反应堆每年提供的能量为E总=MmUΔE①,核电站一年提供的电能为W电=Pt②,另外η=W电E总×100%③,联立①②③可得M≈3.4×103 kg≈3.4 t,故D正确。
8.答案　(1)92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n　(2)200.55 MeV　(3)190 kg
解析　(1)该裂变的核反应方程为92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
(2)质量亏损为Δm=(235.043 9-140.913 9-91.897 3-2×1.008 7)u=0.215 3 u
由爱因斯坦质能方程可知释放的核能为ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.55 MeV
(3)一个月内核反应产生的总能量为E=2Pt
参与核反应的铀核数目为N=EΔE
一个月内,核反应堆消耗的铀核的物质的量为n=NNA
所以一个月内消耗的铀235的质量为m=nM
联立方程并代入数据可得m≈190 kg
9.D　12H+13H→24He+01n是两个轻核聚变为中等质量的核,为轻核聚变反应,故A错误;链式反应是生成物里面有反应物,可以让核反应自发地继续进行下去,如重核裂变,故核聚变反应不是链式反应,故B错误;轻核聚变反应需要温度足够高使得轻核距离非常近,故C错误;两个轻核结合成质量较大的核的过程要释放能量,核子的平均质量减小,所以核子的比结合能增大,故D正确。
10.AC　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子;Y的质量数为1,电荷数为1,则Y为质子,选项A正确,B错误;核聚变过程发生质量亏损,释放核能,选项C正确;因反应放出核能,则 24He比23He的原子核更稳定,选项D错误。
11.C　根据电荷数守恒、质量数守恒得,X的电荷数为0,质量数为1,X为中子,故A错误;使重核裂变为中等大小的核或使轻核聚变为中等大小的核,都可使核更为稳定并放出能量,故生成物一个核子的平均结合能(比结合能)大于反应物一个核子的平均结合能(比结合能),比结合能越大,原子核越稳定,则24He核比12H核更稳定,故B错误;由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,解得Δm=ΔEc2=4E3-2E1-3E2c2,故C正确;核聚变反应是放热反应,则生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和,故D错误。
12.答案　(1)12H+12H→23He+01n　(2m1-m2-m3)c2　(2)M2m1q(2m1-m2-m3)c2
解析　(1)核反应方程为12H+12H→23He+01n
核聚变前后的质量亏损为Δm=2m1-(m2+m3)
根据爱因斯坦质能方程,释放的能量为ΔE=Δmc2
解得ΔE=(2m1-m2-m3)c2
(2)质量为M的氘所含氘核数为N=Mm1
完全聚变为 23He所释放的能量为E=M2m1(2m1-m2-m3)c2
相当于完全燃烧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)由核反应中质量数与电荷数守恒可知,核反应方程为 12H+12H→23He+01n
(2)质量亏损为
Δm=2.013 6×2 u-(3.015 0+1.008 7) u=0.003 5 u
释放的核能为ΔE=931.5×0.003 5 MeV=3.26 MeV
(3)设中子和 23He核的质量分别为m1、m2,速度大小分别为v1、v2,反应前每个氘核的动能是E0,反应后生成的中子和 23He核的动能分别为Ek1、Ek2,核反应过程系统动量守恒,以中子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得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
导师点睛
在核反应方程中,质量数和电荷数是守恒的;在解核反应中有关力学综合问题时,动量守恒定律和能量守恒定律仍适用。