高中物理选修三5.4核裂变和聚变练习5(含答案)

鲁科版（2019）高中物理（选择）必修第三册 5.4核裂变和聚变同步练习
一、单选题
1．由原子核的衰变规律可知()
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变时,新核的化学性质不变
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1
二、解答题
2．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量m D＝2.0136u，氦核质量m He ＝3.0150u，中子质量m n＝1.0087u。

(1)计算释放出的结合能；
(2)若反应前两氘核的动能均为E k0＝0.35MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
3．一静止的氡核222
86Rn发生α衰变转变成钋核218
84
Po，已知放出的α粒子的质量为m，
速度为v0．假设氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能．（1）试写出氡核衰变的核反应方程．
（2）求出氡核发生衰变时的质量亏损．（已知光在真空中的速度为c）
4．用一个中子轰击235
92U，可发生裂变反应生成141
56
Ba和92
36
Kr，已知235
92
U的质量为
235.0439u，141
56Ba的质量为140.9139u，92
36
Kr的质量为91.8973u，中子质量为1.0087u，
1u相当于931Mev,阿伏伽德罗常数N A=6.02×10²³mol1,
（1）请写出裂变中的核反应方程，
（2）求一个235
92
U在裂变反应中释放的核能
（3）1克235
92
U全部反应释放的能量为多少？
5．静止的锂核（6
3
Li）俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两
个新粒子，其中一个粒子为氦核（4
2
He），它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。

①写出此核反应的方程式；
②求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
③此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。

6．科学家们研究出了一种能使铀238变成高效燃料，从而使核燃料越烧越多的“魔炉”——快中子增殖反应堆、该型反应堆中使用的核燃料是钚239，它裂变并释放出快中子，被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239，铀239极不稳定，经过两次β衰变后变成钚239。

请据此回答下列问题。

（1）请解释快中子增殖反应堆燃料增殖的秘密。

（2）根据材料中提供的信息，写出相关的核反应方程，并指明核反应类型。

7．一个镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核222
86Rn ，已知镭核226质量为
226.0254u ，氡核222质量为222.0163u ，放出粒子的质量为4.0026u ，1u 相当于931.5MeV 的能量。

(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量。

（结果保留3位有效数字）
8．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能．两个氘核的核反应为
22
311
120H H He n +→+，其中氘核的质量为2.0136 u ，氦核的质量为3.0150 u ，中子的质
量为1.0087 u ．1 u 相当于931.5 MeV 的能量．求： (1)核反应中释放的核能；（结果保留两位小数）
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．（结果保留两位小数）
参考答案试题解析
1．C 【解析】
一次衰变不可能同时产生α射线和β射线,只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线;原子核发生衰变后,新核的核电荷数发生了变化,故新核(新的物质)的化学性质应发生改变;发生正电子衰变,新核质量数不变,核电荷数减少1．故选C. 2．(1)3.26MeV ；(2)E kHe ＝0.99MeV ，E kn ＝2.97MeV 【解析】 (1)核反应方程为
12
H ＋12H →01n ＋13He
设反应质量亏损
Δm ＝2m D －m He －m n ＝0.0035u
由质能方程得释放核能
ΔE ＝Δm ×931.5MeV ＝0.0035×931.5MeV ＝3.26MeV
(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有
0＝m He v He ＋m n v n
由能量守恒有
1
2
m He v He 2＋1
2m n v n 2＝ΔE ＋2E k0
代入数据可得
E kHe ＝0.99MeV E kn ＝2.97MeV
3．（1）
222
86
Rn→
21884
Po+42
He.；（2）2
2
111218mv m c ∆=
【解析】
（1）衰变的核反应方程：
22286
Rn→
21884
Po+4
2He.
（2）由动量守恒定律：0=mv 0－Mv 其中
4218
m M = 由222
01122
mc mv Mv ∆=+ .
得20
2
111218mv m c
∆=
4．（1）2351141921
920563603U n Ba Kr n +→++；（2）△E=2×102 MeV ；（3）1Kg 铀235完全裂变时释
放的能量E=5.18×1023MeV 【解析】
（1）根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：
2351141921
92
0563603U n Ba Kr n +→++；
（2）反应前后质量亏损为：△m =0.2153u
根据根据爱因斯坦质能方程△E =△mc 2可以求出释放能量为： △E =△mc 2=0.2153×931MeV=2×102 MeV （3）1g 铀235的摩尔数为n=
1
235
≈4.3×10﹣3； 1g 铀235个数为N =4.3×10﹣3×6.02×1023=2.59×1021个；
因此1g 铀235完全裂变时释放的能量E =2.59×
1021×2×102 MeV=5.18×1023MeV 5．①6143
3021Li n He H +→+；②63
8.110m/s v =-⨯，方向与反应前中子的速度方向相反；③见解析。

【解析】
①根据电荷数守恒、质量数守恒可知
6
143
3
021Li n He H +→+
②设中子（10n ）
、氦核（4
2He ）和氚核（31H ）的质量分别为m 1、m 2、m 3，速度分别为v 1、v 2、v 3，由动量守恒定律得
112233m v m v m v =+
解得
638.110m/s v =-⨯
即方向与反应前中子的速度方向相反。

③反应前的总动能
21111
2
E m v =
反应后的总动能
22
222331122
E m v m v =+
代入数据可知21E E >，反应中发生了质量亏损。

6．(1)见解析；(2)见解析。

【解析】
(1)钚239裂变并释放出快中子，被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239，铀239极不稳定，经过两次β衰变后变成钚239。

这样的过程周而复始，从而使核燃料越烧越多。

(2) 钚239裂变的核反应方程
2392381
94
940Pu n Pu →
+
铀238吸收中子的核反应方程(原子核的人工转变)
238
1
239
92
092
U n U +→
铀239经过两次β衰变后变成钚239
239239092
941U 2e Pu -→
+
7．(1)→226222
488862Ra Rn+He ；(2) 6.05MeV
【解析】
(1)根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为：→226222
488862Ra Rn+He
(2)该核反应中质量亏损为
123226.0254222.0163 4.00260.0065m m m m u u u u ∆=----==
根据爱因斯坦质能方程得
20.0065931.5 6.05MeV E mc ∆=∆=⨯=
8．（1）3.26 MeV （2）2.97 MeV 0.99 MeV 【解析】
（1）先求出核反应中质量亏损，再由爱因斯坦质能方程，求出核反应中释放的核能； （2）两氘核对心碰撞过程，遵守动量守恒和能量守恒根据动量守恒和能量守恒列方程求解； 【详解】
（1）质量亏损22 2.0136 1.0087 3.01500.0035H He n m m m m u u u u ∆=--=⨯--=
由2E mc ∆=∆可知释放的核能：0.0035931.5 3.26?
E MeV MeV ∆=⨯= （2）把两个氘核作为一个系统，碰撞过程中系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相
等，其动量等大、反向，反应前后系统的总动量为零，即0He n P P -= 反应前后系统的总能量守恒，即2He n kH E E E E +=∆+
由He n P P ＝，动能和动量的关系22k P E m
=，及3:1He n m m =∶ 解得1:3He
n E E =∶ 由以上各式代入已知数据得 2.97n E MeV =，0.99He E MeV =．。