第四章第五节裂变和聚变 课堂练习含试卷分析详解高中物理粤教版选修3-5

一、单项选择题1．关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是()A．来自太阳中重核裂变反应释放的核能B．来自太阳中轻核聚变反应释放的核能C．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能D．来自太阳中本身贮存的大量内能解析：选B.太阳辐射能是来自轻核的聚变反应，故只有选项B正确．2．对以下核反应方程，说法不．正确的是()A.21H＋31H―→42He＋10n是聚变B.23592U＋10n―→14054Xe＋9438Sr＋210n是裂变C.22690Th―→22288Rn＋42He是α衰变D.2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变解析：选D.原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的C和D两选项．原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．裂变是重核分裂成质量较小的核，像B 选项．聚变是轻核结合成质量较大的核，像A选项．由上述知D是错误的．3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：23592U＋10n―→a＋b＋210n则a＋b可能是()A.14054Xe＋9336KrB.14156Ba＋9236KrC.14156Ba＋9338SrD.14054Xe＋9438Sr解析：选D.利用质量数守恒和电荷数守恒可以判断出可能的核反应方程．选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确．4．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是()A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应解析：选D.铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．5．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)()A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV解析：选D.1 g纯235U有1235×N A个235U.因此1 g 235U吸收中子完全发生核反应可以释放出N A235×196 MeV能量．二、双项选择题6．下列说法中正确的是()A．聚变反应从外界吸收能量B．聚变反应向外界放出能量C．聚变反应可以无条件进行D．聚变反应必须使核之间间距接近10－15 m解析：选BD.聚变反应可以释放出巨大的能量，但要想发生聚变，必须使核接近到10－15 m ，即聚变反应必须满足一定条件才能发生．7．当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )A ．一定是稳定的B ．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C ．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D ．可以是多种形式的两个核的组合解析：选BD.重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B 、D 正确．8．中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在2009年逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( )A.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11HB.235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010nC.238 92U ―→234 90Th ＋42HeD.21H ＋31H ―→42He ＋10n解析：选BD.“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重核的裂变与轻核的聚变，故应选B 、D.9．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A ．“人造太阳”的核反应方程是21H ＋31H →42He ＋10nB ．“人造太阳”的核反应方程是235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310nC ．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE ＝Δmc 2D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是E ＝12mc 2 解析：选AC.“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为21H ＋31H →42He ＋10n ，而B 选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE ＝Δmc 2，而核能大小的计算公式为E ＝mc 2，D 错误，故选项A 、C 正确．三、非选择题10．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H ＋31H →42He ＋x ，式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeV/c 2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是______________，该反应释放出的能量为__________MeV(结果保留3位有效数字)．解析：由21H ＋31H →42He ＋x ，结合电荷数守恒和质量数守恒，x 为10n.由质能方程：ΔE ＝Δmc 2，其中Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u解得：ΔE ＝17.6 MeV .答案：10n(或中子) 17.611．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H ＋31H →42He ＋10n.已知31H 的平均结合能是2.78MeV ，21H 的平均结合能是1.09 MeV ，42He 的平均结合能是7.03 MeV ，试计算该核反应释放的能量．解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV ＝10.52 MeV反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV ＝28.12 MeV所以聚变过程释放出的能量ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.答案：17.6 MeV12．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H＝1.007 3 u，中子质量m n ＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u.(1)写出聚变方程．(2)求释放出的核能是多大？(3)求平均每个核子释放的能量是多大？解析：(1)聚变方程：11H＋210n―→31H.(2)质量亏损Δm＝m H＋2m n－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u＝0.006 7 u释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为6.243MeV＝2.08 MeV.答案：(1)11H＋210n―→31H(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV。

第五节裂变和聚变1．两个比较轻的核聚合成一个较重的核时要______能量，这种核反应称为核____________．如错误!H＋错误!H→____________＋错误!n＋17.51 MeV.比较重的核分裂成两个较轻的核时要______能量，这种核反应称为核裂变．铀核的裂变方程为错误!U＋错误!n→错误!Kr＋144Ba＋________。

562．链式反应：当一个______引发一个铀核裂变后,反应释放出的______又轰击其他原子核产生裂变，……这样的反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的______反应．临界体积和临界质量：通常把裂变物质能够发生链式反应的__________叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量．发生链式反应的条件：裂变物质的体积必须______________临界体积,或裂变物质的质量必须__________临界质量．3．要想发生聚变反应，必须使核间距离接近到________，采用的方法是对核加热,使其在高温下反应,因此聚变反应又叫__________．【概念规律练】知识点一重核的裂变1．关于重核的裂变，下列说法正确的是（）A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能2．（双选)关于铀核裂变,下列说法中正确的是( )A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响知识点二轻核聚变3．（双选）下列关于聚变的说法中，正确的是（)A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着裂变反应4．现有三个核反应:①错误!Na→错误!Mg＋错误!e ②错误!U＋错误!n→错误!Ba＋错误!Kr＋3错误! nH＋错误!H→错误!He＋错误!n③2，1下列说法正确的是（）A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变,②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变,②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变,③是裂变5．(双选）关于聚变，以下说法正确的是( ）A．两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核比一个重核分裂成两个中等质量的原子核放出的能量大很多倍B．一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同质量的裂变物质裂变时释放的能量大很多倍C．聚变发生的条件是聚变物质的体积要大于临界体积D．发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能【方法技巧练】一、裂变产生核能的计算6．铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是二、轻核聚变有关核能的计算方法7．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（)A．1036 kg B．1018 kgC．1013 kg D．109 kg8．两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 1 u，氦核质量为4.002 6 u。

裂变和聚变练习1．镉棒在核反应堆中所起的作用是（ ）． A ．使快中子变成慢中子 B ．使慢中子变成快中子 C ．使反应速度加快D ．控制反应速度，调节反应速度的快慢2．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为（ )． A ．它比较容易发生链式反应 B ．能自动裂变，与体积无关 C ．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D ．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多3．(2011·大同高二检测）核反应方程2341112H+H He+n →，在该核反应中将（ ）．A ．吸收能量，质量增加B ．吸收能量,质量亏损C ．放出能量,质量亏损D ．放出能量，质量增加 4．（双选）人类通过链式反应利用核能的方式有( ）． A ．利用可控制的快中子链式反应，制成原子弹 B ．利用不可控制的快中子链式反应,制成原子弹C ．利用可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆D ．利用不可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆 5．(双选）下列核反应方程及其表述都正确的是（ ）． A ．32412121He+H He+H →是裂变反应B ．235114192192056360U+n Ba+Kr+3n →是裂变反应 C ．23411120H+H He+n →是聚变反应D ．2424011121Na Mg+e -→是裂变反应 6．（双选）我国自行设计、研制的“人造太阳”装置—-全超导非圆截面核聚变实验装置（EAST ）成为世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置．它的建成使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列．下列关于“人造太阳”的说法正确的是（ ）．A ．“人造太阳"的核反应方程是2351141921925636U+n Ba+Kr+3n → B ．“人造太阳"的核反应方程是2341112H+H He+n →C ．“人造太阳”释放的核能大小的计算公式是212E mc =D ．“人造太阳”释放的核能大小的计算公式是ΔE ＝Δmc 27．落在日本广岛上的原子弹相当于2万吨TNT 炸药放出的能量．原子弹放出的能量约8。

课后集训基础达标1.有下列核反应：①n P Al He 103015271342+−→−+②γ+−→−+He H H 421131 ③He O H F 4216811199+−→−+④γ+++−→−+n Xe Sr n U 10136549038102359210 下列说法中正确的是（ ）A.①是原子核的人工转变的反应方程式B.②是聚变的核反应方程式C.③是α衰变的反应方程式D.④是裂变的核反应方程式解析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响;④是裂变的核反应方程式.故答案为A 、B 、D 三项. 答案：ABD2.关于聚变，以下说法中正确的是( )A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A 项错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B 项正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m ，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C 项错、D 项正确.答案：BD3.氘核（H 21）和氚核（H 31）的核反应方程如下：H 21+H 31−→−He 42+n 10，该氘核的质量为m 1，氚核的质量为m 2，氦核的质量为m 3，中子的质量为m 4,则反应过程中释放的能量为( )A.（m 1+m 2-m 3）c 2B.(m 1+m 2-m 4)c 2C.(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2D.(m 3+m 4-m 1-m 2)c 2解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m 1+m 2）-(m 3+m 4),而不是（m 3+m 4）-(m 1+m 2).此反应的质量亏损为Δm=m 1+m 2-m 3-m 4,释放的能量ΔE=Δmc 2=(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2.答案：C4.下列核反应方程及其表述都正确的是( )A.He 32+H 21−→−He 42+H 11是聚变反应B.U 23592+n 10 n Kr Ba 109236141563++−→−是裂变反应C.H 21+H 31−→−He 42+n 10是聚变反应D.e Mg Na 0124122411-+−→−是裂变反应 解析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变.根据以上裂变和聚变的定义可判断出A 、B 、C 三项正确.答案：ABC5.(2006天津高考，18)一个U 23592原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U 23592+n Sr X n 109338102++−→−,则下列叙述正确的是( )A.X 原子核中含有86个中子B.X 原子核中含有141个核子C.因为裂变时释放能量，根据E=mc 2，所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少解析：由核反应方程知X 的电荷数为x=92-38=54，X 的质量数为y=235+1-94-2=140，故其中中子个数为140-54=86，所以A 项正确，B 项不正确.由于裂变时释放能量，故裂变后总质量减小，但质量数不变，故C 、D 两项不正确.答案：A6.(2006广东高考，5)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A.“人造太阳”的核反应方程是H 21+H 31−→−He 42+n 10B.“人造太阳”的核反应方程是U 23592+n 10n Kr Ba 109236141563++−→−C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc 2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是E=221mc 解析：因为是核聚变，故方程式为H 21+H 31−→−He 42+n 10,故A 项正确，B 项不正确.释放能量大小的公式为质能方程ΔE=Δmc 2,故C 项正确、D 项不正确.答案：AC7.已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm=0.215 3 u,则反应中平均每个核子释放的能量为多少？解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1 MeV.由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：ΔE=Δmc 2=0.215 3×931.5 MeV=201 MeV铀核中含有235个核子,所以平均每个核子释放的能量为235201MeV=0.86 MeV . 答案：0.86 MeV综合运用8.已知氘核质量为2.013 6 u ，中子质量为1.008 7 u,He 32核的质量为3.015 0 u.(1)写出两个氘核聚变成He 32的核反应方程;(2)计算上述核反应中释放的核能;(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He 32核和中子的动能各是多少？解析：（1）H 21+H 21−→−He 32+n 10(2)核反应中质量亏损Δm=2.013 6 u×2-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,释放的核能：ΔE=Δmc 2=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV.（3）设He 32核和中子的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得m 1v 1-m 2v 2=0,E k1+E k2=2E k0+ΔE解方程组可得E k1=41（2E k0+ΔE ）=41×(2×0.35+3.26) MeV=0.99 MeV E k2=43(2E k0+ΔE)=43×(2×0.35+3.26) MeV=2.97 MeV 答案：(1) H 21+H 21−→−He 32+n 10(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV 2.97 MeV9.一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H =1.007 3 u,中子m n =1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u.（1）写出聚变方程;(2)释放出的核能多大;（3）平均每个核子释放的能量是多大？解析：(1)聚变方程为H 11+2n 10−→−H 31. (2)质量亏损为Δm=m H +2m n -m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u,释放的核能：ΔE=Δmc 2=0.006 7×931.5 MeV=6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量324.6MeV=2.08 MeV . 答案：(1)H 11+2n 10−→−H 31 （2）6.24 MeV （3）2.08 MeV 10.4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV 的能量，列出核反应方程，并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.解析：该反应的核反应方程为：4H 11−→−He 42+2e 01,由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为E 0=2.8÷4×106 eV=7×105 eV,1 g 氢核（即1 mol ）所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个，应释放出的总能量E 为E=7×105×6.0×1023 eV=4.2×1029 eV=6.72×1010 J.答案：4H 11−→−He 42+e 012 6.72×1010 J 拓展探究11.U 23592受中子轰击时会发生裂变，产生Ba 14156和Kr 9236，同时放出200 MeV 的能量.现要建设发电功率是5×105 kW 的核电站，由铀235作为原子锅炉的燃料.假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需纯铀235的质量为多大？（阿伏加德罗常数6.02×1023个/mol ） 解析：铀235释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率为5×105 kW 的发电站一天发出的电能，也就是一天所需要的235释放的核能，进而求得铀235的质量.先根据发电功率计算出每天应发电能的总量为E=24×3.6×103×5×105×103=4.32×1013 J,要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为n=19813106.11021032.4-⨯⨯⨯⨯=1.35×1024个， 则对应的质量为m=23241002.61035.1⨯⨯=∙u N n ×235×10-3 kg=0.527 kg. 答案：0.527 kg12.裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U 23592为燃料的反应堆中，U 23592俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为：U 23592 + n 10 −→− Xe 13954 + Sr 9438 + 3n 1235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量（以原子质量u 为单位），已知1 u 的质量对应的能量为9.3×102 MeV ,求放出的能量.解析：裂变前后的质量亏损是Δm=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7) u,由质量方程E=mc 2有ΔE=Δmc 2,即放出的能量ΔE=Δm×9.3×102=1.8×102 MeV .答案：1.8×102 MeV .。

课堂互动三点剖析一、对铀核裂变的正确理解（1）发现：1939年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步.（2）核反应方程：U 23592+n Kr Ba n 10923614156103++−→−(3)裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核 .复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2—3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能.这就叫链式反应，如图4-5-1所示.图4-5-1（4）临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀核时碰不到而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积.二、对聚变的理解（1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变，聚变反应又叫热核反应.（2）聚变反应方程式：H 21+H 31−→−He 42+n 10应用实例：原子弹爆炸时，就能产生这样的高温，然后就可以引起核的聚变，氢弹就是根据这样的原理制成的.氢弹内部相当于还有一颗小原子弹.各个击破【例1】 关于铀核裂变，下述说法正确的是（ ）A.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B.铀核裂变时还能同时释放2—3个中子C.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D.铀块的体积对产生链式反应无影响解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变；而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小；引起链式反应，须使铀块体积越过临界体积.故选项B 、C 两项正确.答案：BC类题演练用中子轰击铀核（U 23592），其中的一个可能反应是分裂成钡（Ba 14156）和氪（Kr 9236）两部分，放出3个中子.各个核和中子的质量如下：m U =390.313 9×10-27 kg,m n =1.674 9×10-27 kgm Ba =234.001 6×10-27 kg,m kr =152.604 7×10-27 kg试写出核反应方程，算出反应中释放的核能.解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程.根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能.此铀核裂变方程为n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→−则核反应前后的质量亏损为Δm=m U +m n -m Ba -m Kr -3m n =0.357 8×10-27 kg由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE=Δmc 2=0.357 8×10-27×（2.997 9×108）2 J=3.215 7×10-11 J答案：n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→− 3.245 7×10-11 J 【例2】 以下说法正确的是（ ）A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C.聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大能量解析：从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同.裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应.既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反.诚然，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量.但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量.因此，总的说来，聚变反应还是释放热量，故D 项正确.答案：D。

第五节裂变和聚变1.知道什么是核裂变和核聚变及它们反应的特点．2.知道链式反应．3.能写出聚变方程并计算聚变能量．4．了解受控热核反应．一、核裂变与链式反应1．核裂变：比较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型例子(1)铀核裂变的反应方程235U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n.92(2)铀核发生链式反应的条件①要有足够浓度的铀235；②要有足够数量的慢中子；③铀块的体积不小于临界体积．1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．()(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．()(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．()提示：(1)×(2)√(3)×二、受控热核反应1．核聚变：比较轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，会释放能量，这种核反应叫做核聚变．2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度，因此，这种反应又叫做热核反应．3．核反应举例：21H＋31H→42He＋10n.4．受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用，这称为受控热核反应．2．(1)核聚变时吸收能量．()(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．()(3)热核反应主要用在核武器上，那就是原子弹．()提示：(1)×(2)√(3)×铀核裂变及链式反应1．裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状，最后分裂成两部分，同时放出中子．2．裂变过程为什么能放出能量中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.235 92U的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：235U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n92235U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n92在重核裂变过程中，核反应满足电荷数守恒和质量数守恒．但反应前后静质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．3．重核裂变的条件如果铀块体积不够大，生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，所以发生链式反应时铀块的体积必须大于临界体积．(1)重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发的产生裂变．(2)用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是235 92U＋10n→144 56Ba ＋8936Kr＋310n.下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响[解析]根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C 正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．[答案]AC对核聚变的理解和计算1．从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放热反应．例如：21H ＋31H ―→10n ＋42He ＋17.60 MeV .2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m ，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．3．特点：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去．4．应用(1)核武器——氢弹．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u ，氚核质量m ＝3.018 u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能有多大？(3)平均每个核子释放的能量有多大？[解析] (1)聚变方程为11H ＋210n →31H.(2)质量亏损Δm ＝m H ＋2m n －m ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018) u ＝0.006 7 u.释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝0.006 7×931.5 MeV ≈6.24 MeV .(3)平均每个核子释放的能量为6.243MeV ≈2.08 MeV. [答案] (1)11H ＋210n →31H (2)6.24 MeV(3)2.08 MeV(1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE ＝Δmc 2进行计算．轻核聚变与重核裂变的区别(1)裂变反应是目前核能利用中常用的反应．以原子核235 92U 为燃料的反应堆中，当235 92U 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235 92U ＋ 10n → 139 54Xe ＋ 9438Sr ＋310n235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4(2)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u ，氚核质量m ＝3.018 u.已知1 u 的质量对应的能量为931.5 MeV .求上述两个核反应中，平均每个核子释放的能量．[解析](1)Δm＝m前－m后＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7) u ＝0.193 3 u平均每个核子释放的能量为ΔE235＝0.193 3×931.5235MeV≈0.766 MeV.(2)质量亏损Δm＝m H＋2m n－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018)u＝0.006 7 u平均每个核子释放的能量为ΔE3＝0.006 7×931.53MeV≈2.08 MeV.[答案](1)0.766 MeV(2)2.08 MeV重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它[随堂检测]1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是()A．质子B．中子C．β粒子D．α粒子解析：选B.重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去，B项正确．2．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关解析：选C.要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，但铀核的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．由此知A、B、D错误，C正确．3．关于重核的裂变，下列说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不会减少D．重核裂变时平均结合能减小，要发生质量亏损，释放核能解析：选C.核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释放的核能远远大于中子的动能，A错误；要发生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，B错误；任何的核反应中核子数都不变，C正确；重核的平均结合能较小，中等质量的核平均结合能最大，裂变时重核分裂为中等质量的核，平均结合能变大，产生质量亏损，释放核能，D错误．4．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选BCD.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J[课时作业]一、单项选择题1．关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是()A．来自太阳中重核裂变反应释放的核能B．来自太阳中轻核聚变反应释放的核能C．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能D．来自太阳中本身贮存的大量内能解析：选B.太阳辐射能是来自轻核的聚变反应，故只有选项B正确．2．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋32He→211H＋42He.关于32He聚变，下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：选B.聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段．3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是()A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应解析：选D.铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．4．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235 92U＋10n →X＋9438Sr＋210n，则下列说法正确的是()A．X的原子核中含有86个中子B．X的原子核中含有141个核子C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少D．235 92U是天然放射性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长解析：选A.X原子核中的核子数为235＋1－94－2＝140，选项B错误；质子数为92－38＝54，中子数为140－54＝86，选项A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但总质量数不变，选项C错误；半衰期不随外界环境变化而变化，选项D错误．5．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：235 92U＋10n―→a＋b＋210n.则a＋b可能是()A．140 54Xe＋9336Kr B．141 56Ba＋9236KrC．141 56Ba＋9338Sr D．140 54Xe＋9438Sr解析：选D.利用质量数守恒和电荷数守恒可以判断出可能的核反应方程．选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确．6．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)()A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D．N A235×196 MeV解析：选D.1 g纯235U有1235×N A个235U.因此1 g 235U吸收中子完全发生核反应可以释放出N A235×196 MeV能量．二、多项选择题7．对以下核反应方程，说法正确的是()A．21H＋31H―→42He＋10n是聚变B．235 92U＋10n―→140 54Xe＋9438Sr＋210n是裂变C．226 90Th―→222 88Rn＋42He是α衰变D．2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变解析：选ABC.原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的C和D两选项；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．裂变是重核分裂成质量较小的核，像B选项；聚变是轻核结合成质量较大的核，像A选项；由上述知A、B、C是正确的．8．中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在2009年逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是()A．14 7N＋42He―→17 8O＋11HB．235 92U＋10n―→9038Sr＋136 54Xe＋1010nC．238 92U―→234 90Th＋42HeD．21H＋31H―→42He＋10n解析：选BD.“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重核的裂变与轻核的聚变，故应选B、D.9．山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于()A．核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远多于煤炭C．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站D．核电站比火电站更容易建造解析：选ABC.核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，选项A、B、C均正确；核电站的建造难度较大，选项D错误．10．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是() A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是E ＝12mc 2 解析：选AC.“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为21H ＋31H →42He ＋10n ，而B 选项中的核反应是核裂变，故B 错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE ＝Δmc 2，而核能大小的计算公式为E ＝mc 2，D 错误，故选项A 、C 正确．三、非选择题11．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是21H ＋31H ―→42He ＋10n ，反应原料氘(21H)富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人工核转变得到．(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核(31H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：________＋10n ―→________＋31H.(2)在(1)中，每产生1 g 氚的同时有多少个63Li 核实现了核转变？(阿伏加德罗常数N A 取6.0×1023 mol －1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13 J ，求该核聚变过程中的质量亏损．解析：(1)核反应方程为：63Li ＋10n ―→42He ＋31H.(2)因为1 g 氚为13 mol ，根据核反应方程，实现核转变的63Li 也为13mol ，所以有2.0×1023个63Li 实现了核转变．(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，所以质量亏损为Δm ≈3.1×10－29 kg.答案：(1)63Li 42He (2)2.0×1023个(3)3.1×10－29 kg12.235 92U 受中子轰击时会发生裂变，产生139 56Ba 和9436Kr ，同时放出200 MeV 的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol －1)解析：每天发电的总量E ＝24×3.6×103×5×108 J ＝4.32×1013 J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n ＝ 4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(个)．则对应的质量m ＝n N A ·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3 kg ＝0.527 kg. 答案：0.527 kg。