課時(shí)跟蹤檢測(cè)（二十一）核裂變與核聚變“基本”粒子Aeq\a\vs4\al()組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時(shí)放出的可以使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是 ()A．質(zhì)子 B．中子C．β粒子 D．α粒子解析：選B重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生依靠中子不斷地轟擊鈾原子核使得裂變不斷進(jìn)行下去，故選項(xiàng)B正確。2．以下說(shuō)法正確的是 ()A．最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是中子B．質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子C．強(qiáng)子、輕子都有內(nèi)部結(jié)構(gòu)D．τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子解析：選B最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克組成，輕子沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以C錯(cuò)誤；質(zhì)子、中子、介子、超子都屬于強(qiáng)子，τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，B正確、D錯(cuò)誤。3．1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是 ()A．這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(1,0)nB．這是一個(gè)核裂變過(guò)程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C．這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算D．實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng)解析：選D根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；鈾核裂變過(guò)程中產(chǎn)生γ射線，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線，穿透能力極強(qiáng)，是能量極高的光子，選項(xiàng)D正確。4．1個(gè)鈾235吸收1個(gè)中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出196MeV的能量，則1g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為(NA為阿伏加德羅常數(shù)) ()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：選D由于1mol的鈾核質(zhì)量為235g,1g鈾235的物質(zhì)的量為eq\f(1,235)mol，因此1g鈾235釋放的能量E＝eq\f(NA,235)×196MeV，故D正確。5．(2021·湖北高考)20世紀(jì)60年代，我國(guó)以國(guó)防為主的尖端科技取得了突破性的發(fā)展。1964年，我國(guó)第一顆原子彈試爆成功；1967年，我國(guó)第一顆氫彈試爆成功。關(guān)于原子彈和氫彈，下列說(shuō)法正確的是()A．原子彈和氫彈都是根據(jù)核裂變?cè)硌兄频腂．原子彈和氫彈都是根據(jù)核聚變?cè)硌兄频腃．原子彈是根據(jù)核裂變?cè)硌兄频?，氫彈是根?jù)核聚變?cè)硌兄频腄．原子彈是根據(jù)核聚變?cè)硌兄频?，氫彈是根?jù)核裂變?cè)硌兄频慕馕觯哼xC原子彈是根據(jù)重核裂變研制的，而氫彈是根據(jù)輕核聚變研制的，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。6．(多選)我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說(shuō)法正確的是 ()A．核聚變比核裂變更為安全、清潔B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加解析：選AD與核裂變相比，輕核聚變沒有放射性污染，安全、清潔，A正確；只有原子序數(shù)小的輕核才能發(fā)生聚變，B錯(cuò)誤；輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核，比結(jié)合能增加、總質(zhì)量減小，故C錯(cuò)誤，D正確。7．氘核eq\o\al(2,1)H可通過(guò)一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J，1MeV＝1.6×10－13J，則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg解析：選C結(jié)合核反應(yīng)方程知，1kg海水中的氘核全部發(fā)生聚變反應(yīng)放出的能量E＝eq\f(1.0×1022,6)×43.15×1.6×10－13J≈1.15×1010J，根據(jù)題意得M＝eq\f(E,E0)M0＝eq\f(1.15×1010,2.9×107)×1kg≈400kg，故A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。8．中國(guó)科學(xué)家吳宜燦獲得2018年歐洲聚變核能創(chuàng)新獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)理由：開發(fā)了一種新的基于CAD的粒子傳輸軟件，用于核設(shè)計(jì)和輻射安全計(jì)算。下列關(guān)于聚變的說(shuō)法中，正確的是 ()A．同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)聚變時(shí)釋放的能量大很多B．裂變過(guò)程有質(zhì)量虧損，聚變過(guò)程質(zhì)量有所增加C．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來(lái)自輕核聚變D．聚變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定比裂變反應(yīng)大解析：選D根據(jù)聚變與裂變的特點(diǎn)可知，同樣質(zhì)量的物質(zhì)聚變時(shí)釋放的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大很多，故A錯(cuò)誤；裂變過(guò)程有質(zhì)量虧損，聚變過(guò)程質(zhì)量也虧損，故B錯(cuò)誤；核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來(lái)自重核裂變，故C錯(cuò)誤；在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但平均每個(gè)核子釋放的能量一定大，故D正確。9．假設(shè)有一種放射線是由鈾核eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(234,90)Th，并釋放一種粒子產(chǎn)生的。(1)寫出eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(234,90)Th的方程式；(2)已知鈾核質(zhì)量為3.853131×10－25kg，釷核的質(zhì)量為3.786567×10－25kg，α粒子的質(zhì)量為6.64672×10－27kg，求衰變釋放的能量。解析：(1)反應(yīng)方程式為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。(2)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝mU－mTh－mα，由質(zhì)能方程得，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，代入數(shù)據(jù)得ΔE≈8.7×10－13J。答案：(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)8.7×10－13JBeq\a\vs4\al()組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新10．(多選)一種典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時(shí)放出3個(gè)中子，核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。已知部分原子核的比結(jié)合能與核子數(shù)的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法正確的是 ()A．核反應(yīng)方程中，X粒子是中子B．核反應(yīng)方程中，X粒子是質(zhì)子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(144,56)Ba核的比結(jié)合能最大，它最穩(wěn)定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(235,92)U核的核子數(shù)最多，它的結(jié)合能最大解析：選AD根據(jù)核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知題中的核反應(yīng)方程中X粒子是中子，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)題圖，核子數(shù)為80左右的原子核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，所以eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(89,36)Kr核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(235,92)U的核子數(shù)最多，它的結(jié)合能最大，選項(xiàng)D正確。11．(多選)在某核反應(yīng)堆中，在鈾棒(eq\o\al(235,92)U)周圍放置重水作為“慢化劑”，已知重水的原子核質(zhì)量約為中子的20倍，中子與重水原子核每次碰撞都可看成是彈性碰撞，且每次碰撞前重水原子核都可以認(rèn)為是靜止的。則下列說(shuō)法正確的是 ()A．鈾棒周圍放置“慢化劑”的目的是使中子減速B.eq\o\al(235,92)U裂變產(chǎn)生2～3個(gè)中子，這些中子再與其他eq\o\al(235,92)U發(fā)生核反應(yīng)，會(huì)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．中子與重水的原子核碰撞一次后速率為原來(lái)的eq\f(1,21)D．中子與重水的原子核碰撞10次后速率為原來(lái)的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(19,21)))10解析：選ABD鈾235發(fā)生裂變的條件是有慢中子轟擊，而核反應(yīng)結(jié)束后的中子的速度都比較快，所以鈾棒周圍放置“慢化劑”的目的是使中子減速，故A正確；根據(jù)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，結(jié)合eq\o\al(235,92)U裂變的特點(diǎn)可知，eq\o\al(235,92)U裂變產(chǎn)生2～3個(gè)中子，這些中子再與其他eq\o\al(235,92)U發(fā)生核反應(yīng)，會(huì)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故B正確；中子與重水原子核每次碰撞都可看成是彈性碰撞，選取中子運(yùn)動(dòng)的初速度v0的方向?yàn)檎较颍O(shè)中子的質(zhì)量為m，則由動(dòng)量守恒定律得：mv0＝mv1＋msvs，由能量守恒定律得：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)msveq\o\al(2,s)，由于ms＝20m，聯(lián)立可得：v1＝－eq\f(19,21)v0，故C錯(cuò)誤；結(jié)合C選項(xiàng)的分析可知，每一次碰撞后，中子的速率都變成碰撞前的eq\f(19,21)，所以中子與重水的原子核碰撞10次后速率為原來(lái)的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(19,21)))10，故D正確。12．有一種核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個(gè)中子。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0162u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u,1u＝1.66×10－27kg。(1)寫出氘和氚聚合的核反應(yīng)方程；(2)試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來(lái)的能量；(3)若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)變成電能，每年要消耗氘的質(zhì)量是多少？(一年按3.2×107s計(jì)算，光速c＝3.0×108m/s，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq