5.4《核裂变与核聚变》筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

试卷更新日期：2024-10-19 类型：同步测试

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一、筑基培根——建立物理观念

1. 核电作为清洁低碳、安全高效、稳定且可大规模发展的绿色低碳能源，在推动绿色发展和助力“双碳”目标实现方面发挥着重要的作用。据统计，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列关于核反应的说法正确的是（　　）

A、重核裂变过程中能释放能量而轻核聚变过程中只吸收能量 B、核反应堆中发生的核裂变方程为 ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \to {}_{56}^{144}B a + {}_{36}^{89}K r + 2 {}_{0}^{1}n$ C、核裂变产生的一个 ${}_{56}^{144}B a$ 原子核中有56个质子，88个中子 D、 ${}_{92}^{235}U$ 的半衰期为7亿年，10个 ${}_{92}^{235}U$ 原子核经过7亿年还有5个没发生衰变

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2. 新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型．铀裂变核反应方程为为 ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \to {}_{56}^{141}B a + {}_{36}^{92}K r + 3_{0}^{1} n$ ，其中n表示中子．裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”．下列说法正确的有（　　）

A、从铀裂变核反应方程看，“传染系数”为2 B、核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数 C、链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3 D、核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关

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3. 铀235（ ${}_{92}^{235}U$ ）裂变的产物是多样的，其中一种裂变的核反应方程是 $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{x}^{144} B a +_{36}^{y} K r + 3_{0}^{1} n$ ，方程中的x、y分别是（　　）

A、53，89 B、56，86 C、53，86 D、56，89

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4. 广西防城港核电站目前正在运营，它以铀235 作为主要的核燃料，其反应堆的核反应方程为 $_{92}^{235} U + X \to 1_{56}^{144} B a +_{36}^{89} K r + 3_{0}^{1} n$ 该反应中X是（　　）

A、电子-9e B、质子H C、中子 $_{1}^{1}$ n D、光子

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5. 嫦娥六号实现了人类首次在月球背面采集月壤，月壤中含有丰富的氦-3（ $_{2}^{3} He$ ），它是一种清洁、安全和高效的核聚变发电燃料。氦-3参与的核反应能够释放出巨大的能量，同时又不产生具有放射性的中子，下列关于氦-3参与的核反应中正确的是（　　）

A、 $_{2}^{3} He +_{2}^{3} He \to_{2}^{4} He +_{1}^{1} H$ B、 $_{2}^{3} He +_{1}^{2} H \to_{2}^{4} He +_{1}^{1} H$ C、 $_{2}^{3} He +_{2}^{3} He \to 2_{2}^{4} He - 2_{0}^{1} n$ D、 $_{2}^{3} He +_{1}^{2} H \to_{2}^{4} He +_{1}^{1} n$

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6. 核物理中最具有研究前景的方向之一是利用可控核聚变产生能源，已知太阳上的一种核反应为 $2_{2}^{3} He \to_{2}^{4} He + 2 X$ ，其中的X是（　　）

A、电子 B、中子 C、质子 D、正电子

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7. 在恒星演化末期会发生俗称“烧石头”的核聚变反应，其核反应方程为 $_{Z}^{A} S i + 7_{1}^{4} H e \to_{28}^{56} N i$ ，下列选项正确的是（）

A、 $Z = 26 ， A = 52$ B、 $Z = 26 ， A = 28$ C、 $Z = 14 ， A = 52$ D、 $Z = 14 ， A = 28$

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二、能力发展——科学探究与思维

8. 用中子轰击 $_{92}^{235}$ U原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为 $_{92}^{235}$ U+ $_{0}^{1}$ n→ $_{56}^{144}$ Ba+ $_{36}^{89}$ Kr+3 $_{0}^{1}$ n， $_{92}^{235}$ U、 $_{0}^{1}$ n、 $_{56}^{144}$ Ba、 $_{36}^{89}$ Kr的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄ ， $_{92}^{235}$ U原子核的半衰期为t、其比结合能小于 $_{56}^{144}$ Ba原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（　　）

A、 $_{56}^{144}$ Ba原子核比 $_{92}^{235}$ U原子核更稳定 B、 $_{56}^{144}$ Ba原子核中含有56个中子 C、裂变时释放的能量为（m₁-2m₂-m₃-m₄）c² D、若提高 $_{92}^{235}$ U的温度， $_{92}^{235}$ U的半衰期将会小于t

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9. 如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。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。关于核聚变，下列说法正确的是（）

A、聚变又叫热核反应 B、太阳就是一个巨大的热核反应堆 C、高温能使原子核克服核力而聚变 D、对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多

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10. 中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组2022年3月25日投入商业运行，至此“华龙一号”示范工程全面建成投运。“华龙一号”在安全、技术和经济指标上已经达到或超过了国际三代核电用户需求。“华龙一号”利用重核的裂变，一个重要的核反应方程是 $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{144} B a +_{36}^{89} K r + 3_{0}^{1} n$ ，各个核和中子的质量如下： $_{92}^{235} U$ （质量为235.0439u）， $_{56}^{144} B a$ （质量为140.9139 u）， $_{36}^{92} K r$ （质量为91.8976u）， $_{0}^{1} n$ （质量为1.0087u），（1u的质量对应的能量为931.5Mev，1kg标准煤完全燃烧产生的热量约为 $2.9 \times 1 0^{7} J$ ），则下列说法正确的是（）

A、利用速度很大的快中子容易轰击开铀235 B、裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度 C、要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积 D、1kg铀全部裂变所放出的能量约为 $2.82 \times 1 0^{6} k g$ 标准煤完全燃烧时放出的热量

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11. 一核电站年发电量约4.5×10¹⁰kW·h，发电效率约34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200MeV，下列说法正确的是（）

A、每年需要约5×10²⁸个铀235发生裂变 B、每年铀235亏损的质量约为5.3kg C、铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D、为控制裂变反应速度常用石墨、重水和普通水作为慢化剂

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12. 2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，HL-2M反应堆的成功对于全世界而言都有重大研究意义，它意味着中国能够掌握利用核聚变技术发电，氘核聚变反应的方程为： $_{1}^{2} H +_{1}^{2} H \to x +_{0}^{1} n$ ，已知氘核的比结合能为E，核反应中释放的核能为△E，核反应中发射一种γ光子，该γ光子照射到逸出功为W₀的金属上打出的最大初动能的光电子的速度为v，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（）

A、裂变反应比聚变反应更难控制 B、x的比结合能为 $\frac{4}{3} E + \frac{Δ E}{3}$ C、光电子的德布罗意波长为 $\frac{h}{m c}$ D、γ光子的频率为 $\frac{m v^{2} + 2 W_{0}}{2 h}$

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13. 由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，这是我国的科学家率先建成的世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置．设可控热核反应前氘核( ${}_{1}^{2}H$ )的质量为m₁ ，氚核( ${}_{1}^{3}H$ )的质量为m₂ ，反应后氦核( ${}_{2}^{4}H e$ )的质量为m₃ ，中子( ${}_{0}^{1}n$ )的质量为m₄ ，已知光速为c．下列说法中正确的是（）

A、核反应放出的能量为(m₁+m₂-m₃-m₄)c² B、上述核反应过程中原子核的比结合能增加 C、这种热核实验反应释放出氦核，是α衰变 D、这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同

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三、科学本质——质疑交流与创新

14. 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 ${}_{92}^{235}U$ 为燃料的反应堆中，当 ${}_{92}^{235}U$ 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为： ${}_{92}^{235}U$ ＋ ${}_{0}^{1}n$ ―→ ${}_{54}^{139}X e$ ＋ ${}_{38}^{94}S r$ ＋3 ${}_{0}^{1}n$ 。
已知 ${}_{92}^{235}U$ 的原子质量为235.043 9u， ${}_{0}^{1}n$ 的原子质量为1.008 7u， ${}_{54}^{139}X e$ 的原子质量为138.917 8u， ${}_{38}^{94}S r$ 的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×10²MeV，此裂变反应释放出的能量是MeV。

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15. 氢的同位素：氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。

(1)、质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为______。

A、链式反应 B、衰变 C、核聚变 D、核裂变

(2)、 $_{1}^{1} H$ 核的质量为 $m_{1}$ ， $_{1}^{2} H$ 核的质量为 $m_{2}$ ，它们通过核反应形成一个质量为 $m_{3}$ 的氮原子核 $(_{2}^{3} He)$ ，此过程释放的能量为。（真空中光速为c）

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16. 如图甲所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，通过（选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图乙为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→→电能。

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17. 利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗
的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已具备了发展核电的基本条件.

(1)、核反应堆中的“燃料”是 ${}_{92}^{235}U$ ，完成下面的核反应方程式： ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \to {}_{(?)}^{90}S r + {}_{54}^{(?)}X e + 10 {}_{0}^{1}n$ ；

(2)、一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶（sr）核的质量为89.9077u，氙（Xe）核的质量为135.9072u，lu= $1.66 \times 1 0^{- 27}$ kg，浓缩铀中铀235的含量占2%。

(3)、同样功率（100万千瓦）的火力发电站，每年要消耗多少吨标准煤？（已知标准煤的热值为2.93×10⁴KJ/kg）

(4)、为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施？（举两种）

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5.4《核裂变与核聚变》 筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

一、筑基培根——建立物理观念

二、能力发展——科学探究与思维

三、科学本质——质疑交流与创新

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