第五章4A組·基礎達標1．科學家發覺在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一種高效、清潔、平安的核聚變燃料，其參加的一種核聚變反應的方程式為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He．關于eq\o\al(3,2)He聚變，下列表述正確的是()A．聚變反應不會釋放能量B．聚變反應產生了新的原子核C．聚變反應沒有質量虧損D．目前核電站都接受eq\o\al(3,2)He聚變反應發電【答案】B【解析】聚變反應時將質量較小的輕核聚變成質量較大的核，聚變過程會有質量虧損，要放出大量的能量．但目前核電站都接受鈾核的裂變反應，可控的輕核聚變尚在試驗階段．2．(2024年焦作期末)下列四幅圖涉及不同的物理學問，其中說法正確的是()甲乙丙丁A．圖甲是電子衍射試驗，電子的衍射說明白電子具有粒子性，說明物質波理論是正確的B．圖乙是α粒子散射試驗示意圖，由α粒子散射試驗可估算出原子核半徑的數量級C．圖丙是康普頓效應示意圖，康普頓效應表明，散射后有些光子的波長變短了D．圖丁是原子核裂變示意圖，原子核裂變是一種熱核反應【答案】B【解析】電子衍射圖樣說明白電子具有波動性，A錯誤；依據α粒子散射試驗，盧瑟福估算出原子核半徑的數量級，B正確；在康普頓效應中，入射光子與晶體中的電子碰撞，把一部分動量轉移給電子，光子動量變小，由λ＝eq\f(h,p)，可知光子散射后的波長變長，C錯誤；原子核裂變示意圖，原子核裂變是一種鏈式反應，核聚變是熱核反應，D錯誤．3．(多選)日本福島第一核電站在地震后，數秒內就將限制棒插入核反應堆芯，終止了鈾的裂變鏈式反應．但海嘯摧毀了機組的冷卻系統，因裂變遺留的產物銫、鋇等接著衰變不斷釋放能量，核燃料棒溫度不斷上升，對周邊環境產生了巨大的危害．則下列說法正確的是()A．限制棒通過吸取中子來實現對核反應的限制B．日本后來向反應堆灌注海水，可以降溫，但大量被污染的海水外泄，對周邊環境產生了巨大的危害C．核裂變遺留物銫、鋇等原子的質量可能比鈾原子質量大D．核泄漏中放射性物質對人類是有害的【答案】ABD【解析】限制棒通過吸取中子來實現對核反應速度的限制，A符合題意；日本后來向反應堆灌注海水，大量被污染的海水外泄，泄漏的放射性物質對周邊環境產生了巨大的危害，B、D符合題意；因為核反應有能量釋放，可知銫、鋇等原子的質量比鈾原子質量小，故C不符合題意．4．(2024年永州適應性考試)華能石島灣高溫氣冷堆核電站是我國自主研發的世界首座具有第四代核電特征的核電站．核反應堆是核電站的心臟，它是通過可控鏈式核裂變反應來實現核能利用的．一個eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轟擊下發生裂變反應，其裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→yxSr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，下列說法正確的是()A．核反應方程中Sr的中子數為56B．核反應方程中Sr的質量數為92C．因為裂變釋放能量，出現質量虧損，所以裂變后的總質量數削減D．因為裂變釋放能量，Xe原子核的比結合能應比U原子核的小【答案】A【解析】依據質量數守恒和電荷數守恒可得235＋1＝y＋139＋3，92＝x＋54，解得y＝94，x＝38，所以核反應方程中Sr的中子數為z＝y－x＝56，A正確、B錯誤；核裂變釋放能量，會出現質量虧損，但是總質量數不變，C錯誤；比結合能越大，原子核越穩定，eq\o\al(235,92)U原子核裂變得到Xe原子核，說明Xe原子核比eq\o\al(235,92)U原子核穩定，即Xe原子核的比結合能應比eq\o\al(235,92)U原子核的大，D錯誤．5．(2024年惠州模擬)能源是社會發展的基礎，發展核能是解決能源問題的途徑之一、下列釋放核能的反應方程中，表述正確的是()A．eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋γ是核裂變反應B．eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉變C．eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n是聚變反應【答案】B【解析】eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋γ是核聚變反應，A錯誤；eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n和eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(4,2)He是人工核反應，B正確，C錯誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n是裂變反應，D錯誤．6．(2024年河南聯考)钚－239(eq\o\al(239,94)Pu)裂變釋放出的快中子，被鈾－238(eq\o\al(238,92)U)吸取，鈾－238就轉變為鈾－239，鈾－239再經過衰變轉變為易裂變的钚－239，這就是核燃料的“增殖”過程．下列說法正確的是()A．钚－239裂變產生的新核核子平均質量比钚－239核子平均質量大B．鈾－238吸取中子轉變為鈾－239的核反應方程為eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)UC．鈾－239衰變轉變為钚－239，同時釋放一個α粒子D．軸－239衰變轉變為钚－239，同時釋放一個β粒子【答案】B【解析】钚－239裂變過程釋放能量，有質量虧損，因此钚－239裂變產生的新核核子平均質量比钚－239核子平均質量小，A錯誤；依據質量數與電荷數守恒可知，鈾－238吸取中子轉變為成鈾－239的核反應方程為eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)U，B正確；依據質量數、電荷數守恒可知，鈾－239衰變轉變為钚－239的過程有239－239＝0，92－94＝－2可知，該過程釋放兩個β粒子，C、D錯誤．7．(2024年海口檢測)eq\o\al(235,92)U的一種核反應方程為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，生成的eq\o\al(144,56)Ba還會發生β衰變．下列說法正確的是()A．鈾發生的這種核反應又叫熱核反應，須要很高的溫度B．鈾發生的這種核反應產生慢中子，對中子加速后可發生鏈式反應C．eq\o\al(144,56)Ba發生β衰變時產生的β射線是鋇原子核外的電子躍遷形成的D．eq\o\al(144,56)Ba發生β衰變的速度不能通過調整壓強和溫度來限制【答案】D【解析】鈾發生的這種核反應屬于核裂變反應，不屬于核聚變反應，不須要很高的溫度，A錯誤；鈾發生的這種核反應產生快中子，用慢化劑對其減速后可發生鏈式反應，B錯誤；eq\o\al(144,56)Ba發生β衰變時產生的β射線是原子核內中子轉化為質子時產生的，C錯誤；eq\o\al(144,56)Ba衰變的快慢是由核內部自身的因素確定的，與外界因素無關，D正確．8．一個氘核和一個氚核經過核反應后生成氦核和中子，同時放出一個γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的質量分別為m1、m2、m3、m4，普朗克常量為h，真空中的光速為c．下列說法正確的是()A．這個核反應是裂變反應B．這個反應的核反應方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)n＋γC．輻射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．輻射出的γ光子在真空中的波長λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)【答案】D【解析】該核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γ，該反應為聚變反應，A、B錯誤；依據愛因斯坦質能方程知，輻射的光子能量E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C錯誤；光子能量為E＝hν＝heq\f(c,λ)，則有λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)，D正確．9．某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1①，eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2②，方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關的原子核質量如表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N質量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001則可以推斷X是________，方程中Q1和Q2的大小關系是Q1________Q2．【答案】eq\o\al(4,2)He＜【解析】由質量數守恒和電荷數守恒，可推斷X為eq\o\al(4,2)He，①式質量虧損為Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u．②式的質量虧損為Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u，所以Δm2＞Δm1依據質能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2＞Q1．B組·實力提升10．(1)核電站利用原子核鏈式反應放出的巨大能量進行發電，eq\o\al(235,92)U是核電站常用的核燃料．eq\o\al(235,92)U受一個中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產生______個中子．要使鏈式反應發生，裂變物質的體積要______(填“大于”或“小于”)它的臨界體積．(2)取質子的質量mp＝1.6726×10－27kg，中子的質量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的質量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s．則α粒子的結合能為________．(計算結果保留兩位有效數字)．【答案】(1)3大于(2)4.3×10－12J【解析】(1)由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可知，會產生3個中子，要使裂變持續進行(鏈式反應)，物質的體積須要大于它的臨界體積．(2)組成α粒子的核子與α粒子的質量差為Δm＝2mp＋2mn－mα，結合能ΔE＝Δmc2，代入數據得ΔE＝4.3×10－12J．11．有一種聚變反應是四個氫核聚變成一個氦核，同時放出兩個正電子．求：(1)該聚變反應釋放多少能量？(2)若1g氫完全聚變，能釋放多少能量？(3)1g氫完全聚變，釋放的能量相當于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的熱值q＝3.36×107J/kg，氫核質量為1.008142u，氦核質量為4.001509u，電子的質量為0.000549u)解：(1)核反應方程為4eq\o\al(1,1)H→