文档内容
核裂变与核聚变练习
一、单选题
下列说法正确的是
1. A. 在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应
B. 铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化
C. 比结合能越小，原子核结合得越牢固，原子核越稳定
D. 轻核聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量
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
2. 建成并首次实现利用核聚变放电。下列方程中，正确的核聚变反应方程是()
A. ❑ 2H+3H→4He+1n B. ❑ 238U→234Th+4He
1 1 2 0 92 90 2
C. ❑ 235U+1n→144Ba+89Kr+31n D. ❑ 4He+27Al→30P+21n
92 0 56 36 0 2 13 15 0
铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为❑ 238U→❑ 234Tℎ +X，裂变方程为
92 90
3.
❑ 235U+❑ 1n→Y +❑ 89kr+3❑ 1n，其中❑ 235U、❑ 1n、Y、❑ 89Kr的质量分别为m 、m 、
92 0 36 0 92 0 36 1 2
m 、m ，光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是()
3 4
A. ❑ 238U发生的是β衰变
92
B. Y原子核中含有56个中子
C. 若提高温度，❑ 238U的半衰期将会变小
92
D. 裂变时释放的能量为(m −2m −m −m )c2
1 2 3 4
2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发
4. 展作出了巨大贡献，下列说法正确的是
A. 核潜艇的核反应也叫热核反应
B. 原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量
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hiknow_007C. 核潜艇的核反应堆是利用隔棒控制核反应速度
D. 核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能
关于核反应下列说法正确的是( )
5.
A. 核反应方程❑ 14N+4He→17O+1H属于轻核聚变
7 2 8 1
B. 氢弹是利用重核裂变制成的核武器
C. 铀核(❑ 238U)衰变为铅核(❑ 206Pb)的过程中，要经过6次α衰变和8次β衰变
92 82
D. 只有当铀块的体积等于或大于临界体积时才会发生链式反应
下列关于衰变与核反应的说法正确的是
6. A. 放射性元素的半衰期随着外界条件(如温度、压强等)的改变而改变
B. 核聚变反应方程❑ 2H+❑ 3H→❑ 4He+X中的X表示中子
1 1 2
C. β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
D. 高速α粒子轰击氮核可产生中子，其核反应方程为❑ 4He+❑ 14N→❑ 16O+❑ 1n
2 7 8 0
有下列4个核反应方程，核反应类型依次属于()
7.
①❑ 24Na→❑ 24Mg+❑ 0 e
11 12 −1
②❑ 235U+❑ 1a→❑ 141Ba+❑ 92Kr+3❑ 1n
92 0 36 36 0
③❑ 19F+❑ 4He→❑ 22Ne+❑ 1H
9 2 10 1
④3He+2H→❑ 4He+❑ 1
H.
2 1 2 1
A. 衰变、裂变、人工转变、聚变
B. 裂变、裂变、聚变、聚变
C. 衰变、衰变、聚变、聚变
D. 衰变、人工转变、人工转变、聚变
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hiknow_0078. 我国对中微子的研究处于世界领先地位。太阳发生核反应时会放出大量中微子及能量。假设太
阳释放的能量由“燃烧氢”的核反应4❑ 1H→❑ 4He+2❑ 0e+2ν提供，式中ν为中微子，这
1 2 1
一核反应平均每放出2个中微子相应释放28MeV的能量。已知太阳每秒辐射约2.8×1039MeV
的能量，地球与太阳间的距离约为1.5×1011m，则地球表面与太阳光垂直的每平方米面积上
每秒接收到的中微子数目的数量级为( )
A. 1011 B. 1014 C. 1017 D. 1020
9. 下列说法正确的是()
①❑ 15N+❑ 1H→❑ 12C+❑ 4He是α衰变方程
7 1 6 2
②❑ 4He+❑ 27Al→❑ 30P+❑ 1 ❑ 1n是原子核的人工转变方程
2 13 15 0 0
③❑ 238U→❑ 234Tℎ +❑ 4He是核裂变反应方程
92 90 2
④❑ 1H+❑ 2H→❑ 3He+γ是核聚变反应方程．
1 1 2
A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ②④
10. 2020年12月4日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在成都建成并实
现发电，标志着我国在核聚变反应堆建设中处于世界前列。实际上，核聚变反应堆的建设比核
裂变反应堆更加困难，对技术要求更高，核聚变的产物少，比较清洁，核裂变的产物常有放射
性。下列说法正确的是
A. 中国环流器二号M内主要核反应是❑ 3H+❑ 2H→❑ 4He+❑ 1n
1 1 2 0
B. 核裂变反应堆主要是❑ 235U+❑ 1n→❑ 144Ba+❑ 89Kr+❑ 1n
92 0 56 36 0
C. 相同质量的核原料，核聚变反应比核裂变反应产生的能量少
D. ❑ 141Ba是核裂变的产物之一，仍有放射性，其发β衰变的方程是
56
❑ 141Ba→❑ 141La+❑ 0 e
57 56 −1
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hiknow_007二、多选题
11. 能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表
述正确的有：
A. 是核聚变反应
B. ❑ 3H+❑ 2H→❑ 4He+❑ 1n是β衰变
1 1 2 0
C. ❑ 235U+❑ 1n→❑ 144Ba+❑ 89Kr+3❑ 1n是核裂变反应
92 0 56 36 0
D. ❑ 235U+❑ 1n→❑ 140Xe+❑ 94Sr+2❑ 1n是α衰变
92 0 54 38 0
12. 下列说法不正确的是()
A. 汤姆生通过α粒子散射实验，提出了原子核的概念，建立了原子核式结构模型
B. 大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射6种不同频率的光子
C. 光电效应实验揭示了光的粒子性，爱因斯坦为此提出了相对论学说，建立了光电效应方程
D. 重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续得进行，称为链式反应，其中一种核裂变反应方
程为
13. 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质
量分别为m 、m 、m ，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()
1 2 3
A. 核反应方程是
B. 聚变反应中的质量亏损Δm=m +m −m
1 2 3
C. 辐射出的γ光子的能量E=(m −m −m )c
3 1 2
ℎ
D. γ光子的波长
λ=
(m +m −m )c2
1 2 3
14. 铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235
裂变方程为：❑
235U+1n→X+89Kr+31n，衰变方程为：❑ 235U→Y +4He，则下列说法正
92 0 36 0 92 2
确的是()
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hiknow_007A. 裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量
B. 裂变产生的新核X中含有88个中子
C. 衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大
D. 核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变
15. 关于核反应❑ 235U+❑ 1n→❑ 90Sr+❑ 136Xe+x❑ 1n，下列说法正确的是()
92 0 38 54 0
A. x=10 B. 质量数不守恒
C. 释放能量 D. 这是❑ 235U的衰变
92
三、填空题
16. 关于以下核反应方程式：
(1)❑ 2H+3H→4H +X：X表示________；属于________类型核反应(人工核转变、α衰变、
1 1 2 e
β衰变、核裂变、核聚变)
(2)❑ 235U+1n→❑ 140X +94S +2Y：Y表示________；属于________类型核反应(人工核转
92 0 54 e 38 r
变、α衰变、β衰变、核裂变、核聚变 )
(3)❑ 24Na→❑ 24Mg+Z：Z表示________；属于________类型核反应(人工核转变、α衰变、
11 12
β衰变、核裂变、核聚变)
17. 可控核聚变反应可向人类提供清洁而又取之不尽的能源。目前可控核聚变研究已经进入第三代，
因不会产生中子而被称为“终极聚变”，其核反应方程式为：❑
3He+3He→4He+2______，
2 2 2
其释放的能量为E，则该反应前后的质量亏损为______。(真空中的光速为c)
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
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hiknow_00718. 一个氘核 和一个氚核 结合成一个氦核 ，同时放出一个中子，已知氘核质量为
m =2.0141u，氚核质量为m =3.0160u，氦核质量为m =4.0026u，中子质量为
1 2 3
m =1.008665u，1u相当于931.5MeV的能量，求：
4
(1)写出聚变的核反应方程；
(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？(结果在小数点后保留一
位小数)
19. 太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子。若太
阳辐射能量的总功率为P，质子❑ 1 H、氦核❑ 4He、正电子❑ 0e的质量分别为m 、m 、m ，
1 2 1 p α e
真空中的光速为c，求：
(1)核反应方程；
(2)核反应所释放的能量ΔE；
(3)1s内参与上述热核反应的质子数目。
20. 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量m =2.0136u，氦核质量
D
m =3.0150u，中子质量m =1.0087u。
He n
(1)计算释放出的结合能；
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hiknow_007(2)若反应前两氘核的动能均为E =0.35MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全
k0
部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：A、在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应，故A
正确；
B、半衰期的大小与温度无关，由原子核内部因素决定，故B错误；
C、比结合能大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
D、轻核聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量，故D错误；
2.【答案】A
【解答】
A. ，是轻核聚变，故A正确；
B. ，此核反应反应物只有一个原子核且生成物由氦核，属于α衰变，故B错误；
C. ，此反应反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生产物
至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误；
D. ，此反应是用α粒子轰击生成了同位素磷，是人工核转变，发现同位素
磷和正电子的方程，故D错误；
3.【答案】D
【解答】
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hiknow_007A、根据质量数守恒，电荷数守恒，❑
238U发生的是α衰变，故A错误。
92
B、根据电荷数守恒、质量数守恒知，Y原子核中的电荷数为56，质量数为144，则中子数为为
88，故B错误。
C、半衰期的大小与温度无关，故C错误。
D、根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE=(m −2m −m −m )c2 ，故D正确。
1 2 3 4
4.【答案】C
【解答】
A、轻核聚变发生在高温条件下，也叫热核反应，核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，不
属于热核反应；故A错误；
B、发生链式反应的条件：裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于
或等于临界质量，故原子弹铀或钚元素的质量必须大于或等于临界质量，故B错误；
C、核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，故核潜艇的核反应堆用镉棒控制核反应速度，故
C正确；
D、重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，但并不是一切核反应都能释放核能，
故D错误。
5.【答案】D
【解答】
A. 核反应方程❑
14N+4He→17O+1H是人工核反应，不是聚变，故A错误；
7 2 8 1
B.氢弹是利用轻核聚变制成的武器，故B错误；
C.铀核(❑
238U)衰变为铅核(❑ 206Pb)的过程中，质量数少32，电荷数少10，设经过n次α衰变，m
92 82
次β衰变，根据质量数和电荷数守恒有：4n=32，2n−m=10，知n=8，m=6，故C错误；
D.当铀块的体积大于或等于临界体积，并有慢中子能够被俘获时，就会发生链式反应，瞬时放出巨
大能量，故D正确。
6.【答案】B
【解答】
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hiknow_007A.放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故A错误；
B.根据电荷数和质量数守恒，核聚变反应方程❑
2H+❑ 3H→❑ 4He+X中的X表示中子，故B正
1 1 2
确；
C.β衰变所释放的电子是原子核内中子转化而来的，不是原子核外的电子电离形成的，故C错误；
D.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为 ，故D错误。
7.【答案】A
【解答】
①方程❑ 24Na→❑ 24Mg+❑ 0 e中，原子核的质量数不变，电荷数增加1，同时有一个电子产生，
11 12 −1
所以是β衰变。
②❑ 235U+❑ 1n→❑ 141Ba+❑ 92Kr+3❑ 1n是 吸收一个中子后裂变为两个中等质量的原子核，
92 0 36 36 0
所以是重核的裂变。
③核反应❑ 19F+❑ 4He→❑ 22Ne+❑ 1H中是用α粒子轰击❑ 19F，属于人工核反应方程；
9 2 10 1 9
④❑ 3He+❑ 2H→❑ 4He+❑ 1H，由方程可知，是两个质量较小的原子核聚变为中等质量核的过
2 1 2 1
程，故属于轻核的聚变。
所以四个核反应类型依次属于衰变、裂变、人工转变、聚变，故BCD错误，A正确。
8.【答案】B
【解答】
2.8×1039
由题中条件可算出太阳每秒放出中微子的个数为2× =2×1038，中微子向四面八方辐射，
28
2×1038
成球面形状分布，地表上每平方米每秒可接收到的个数为
≈7×1014
，选项B正确。
4πr2
日地
9.【答案】D
【解答】
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hiknow_007解：①❑ 15N+❑ 1H→❑ 12C+❑ 4He是原子核的人工转变，说法错误；
7 1 6 2
②❑ 4He+❑ 27Al→❑ 30P+❑ 1n是原子核的人工转变方程，说法正确；
2 13 15 0
③❑ 238U→❑ 234Tℎ +❑ 4He是α衰变方程，说法错误；
92 90 2
④❑ 1H+❑ 2H→❑ 3He+γ是核聚变反应方程，说法正确．
1 1 2
10.【答案】A
[解答]
A.环流器二号M内核反应方程是聚变反应，故选项A正确;
B.核裂变方程 ，选项B中只有一个中子，质量数不守恒，故选项
B错误;
C.相同质量的核原料，核聚变反应比核裂变反应产生的能量要多，故选项 C错误;
D.β衰变方程错误，应该 ，故选项D错误。
11.【答案】AC
【解析】解：AB、核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，氢原子
核聚变为氦原子核，故A正确，B错误；
C、核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故C正
确；
D、α衰变放出的是氦原子核，这是裂变反应，故D错误；
12.【答案】ACD
【解答】
A.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核的概念，建立了原子核式结构模型，故A错误；
B根据C2=6知，大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子，
n
故B正确；
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hiknow_007C“光电效应”实验揭示了光的粒子性，爱因斯坦为此提出了光子说理论，建立了光电效应方程，
认识到微观粒子具有“波粒二象性”特征，故C错误；
D.重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续的进行，核能持续的释放，这称为链式反应，但裂变方
程中，铀235吸收一个慢中子后才能发生裂变，在核反应方程中，等号左侧的中子不能与等号右侧
的中子约掉，反应方程应该为 ，故D错误。
13.【答案】AB
【解答】
A.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子，由质量数守恒和电荷数守恒，
可得核反应方程为 ，故A正确；
B.反应前的质量减去反应后的质量，即为质量的亏损，即为Δm=m +m −m ，故B正确；
1 2 3
C.聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E=(m +m −m )c2 ，故C
1 2 3
错误；
c ℎ
D.根据E=(m +m −m )c2 ，E= ℎγ= ℎ 得光子的波长为λ= ，故D错误。
1 2 3 λ (m +m −m )c
1 2 3
14.【答案】BC
【解析】解：A、根据核反应的特点可知，裂变与衰变都放出能量。故A错误；
B、根据电荷数守恒和质量数守恒，可知X的质量数为144，电荷数为56，X原子核中含有的中子
数为88，故B正确；
C、衰变产生的新核Y比铀核更稳定，故衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大，故C正确；
D、半衰期的大小与温度无关。故D错误。
15.【答案】AC
【解答】AB、根据质量数守恒可知，x=235+1−90−136=10，故A正确，B错误；
CD、核反应❑
235U+❑ 1n→❑ 90Sr+❑ 136Xe+x❑ 1n属于裂变，裂变时出现质量亏损，释放能量，
92 0 38 54 0
故C正确，D错误．
16.【答案】中子，核聚变；中子，核裂变；电子，β衰变
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hiknow_007【解答】
(1)根据质量数和电荷数守恒可得：2+3=4+m，1+1=2+0，解得m=1，n=0，故X表示中子，
根据核反应的特点可知该核反应属于核聚变；
(2)根据质量数和电荷数守恒可得：235+1=140+94+2m，92+0=54+38+2n，解得m=1，
n=0，故表示中子，根据核反应的特点可知该核反应属于核裂变；
(3)根据质量数和电荷数守恒可得：24=24+m，11=12+n，解得m=0，n=−1，故表示电子，
根据核反应的特点可知该核反应属于β衰变；
故答案为：中子，核聚变；中子，核裂变；电子，β衰变。
E
17.【答案】❑ 1H
1 c2
【解析】解：根据发生核反应时的质量数守恒与核电荷数守恒，可知生成物为21H；根据质能方程
1
E
得核反应释放的能量为：E=△mc2，故质量亏损为：△m=
。
c2
E
故答案为：❑
1H，
。
1 c2
18.【答案】解：(1)核反应方程为： ；
(2)反应过程的质量亏损为：Δm=2.0141u+3.0160u−4.0026u−1.008665u=0.018835u，
又由爱因斯坦质能方程可得：ΔE=Δmc2=0.018835×931.5MeV ≈17.5 MeV；
17.5
平均每个核子释放的核能为：E= MeV =3.5 MeV。
5
19.【答案】解：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为4❑ 1H→❑ 4He+20e；
1 2 1
(2)质量亏损Δm=4m −m −2m 根据爱因斯坦质能方程得核反应释放的能量
p α e
ΔE=(4m −m −2m )c2 ；
p α e
NΔE 4P
(3)设1s内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系得P= ，解得 N= 。
4 (4m −m −2m )c2
p α e
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hiknow_00720.【答案】【解析】(1)核反应方程为❑ 2H+❑ 2H→❑ 1n+❑ 3He。
1 1 0 2
该反应质量亏损Δm=2m −m −m =0.0035u。
D He n
由质能方程得释放出的核能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 v +m v ，①
He He n n
1 1
由能量守恒有： m v❑ 2 + m v❑ 2=ΔE+2E ②
2 He He 2 n n k0
由①②代入数据可得
E =0.99MeV，E =2.97MeV。
kHe kn
【答案】(1)3.26MeV(2)0.99MeV 2.97MeV
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hiknow_007
