2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_4

1 第 6节 核裂变 基础夯实 一、选择题(13 题为单选题，46 题为多选题) 1(汕头 20142015 学年高二下学期检测) U吸收一个慢中子后，分裂成 Xe和23592 13654 Sr，还放出 ( )9038 导 学 号 96140453 A1 个 粒子 B3 个中子 C10 个中子 D10 个质子 答案：C 解析：设放出的粒子的质量数为 x，电荷数为 y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数 守恒。由题意可知 Error! 则Error! 由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是 10，C 选项正确。 2(南昌 20142015 学年高二下学期检测)中国承诺到 2020年碳排放量下降 40%45%。 为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核 反应方程可能是 ( )导 学 号 96140454 A U n Sr Xe10 n23592 10 9038 13654 10 B Na Mg e2411 2412 0 1 C N He O H147 42 178 1 D U Th He23892 23490 42 答案：A 解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A 是裂变 反应，A 正确；B 为 衰变，C 是发现质子的反应，D 是 衰变。 3(济南市部分重点高中 20142015 学年高二下学期联考)1938 年哈恩用中子轰击铀 核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些 射线。下列关于这个实验的说法 中正确的是 ( )导 学 号 96140455 A这个实验的核反应方程是 U n Ba Kr n23592 10 14456 8936 10 B这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和 C这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算 D实验中产生的 射线穿透能力极强 答案：D 解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为： U n Ba Kr3 n，选项 A不正确；铀核裂变过程中产生 射线，放出能量，23592 10 14456 8936 10 发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项 B、C 不正确；核反应中产 生的 射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项 D正确。 2 4关于铀核裂变，下述说法正确的是 ( )导 学 号 96140456 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 23 个中子 C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀 235 D铀块的体积对产生链式反应无影响 答案：BC 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 1MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，须使铀块体积超过 临界体积。故上述选项 B、C 正确。 5关于原子核反应堆，下列说法正确的是 ( )导 学 号 96140457 A铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B镉棒的作用是控制反应堆的功率 C石墨的作用是吸收中子 D冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 答案：ABD 解析：铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，A 正确。镉棒吸收中子的能力很强，作用 是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，B 正确。慢中子最容易引发核裂变， 所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，C 错误。水或液态金属 钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应 堆冷却，控制温度，D 正确。 6(重庆一中 20152016 学年高二下学期期中)下列说法正确的是 ( )导 学 号 96140458 A卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为 He N O H42 147 178 1 B铀核裂变的核反应是 U Ba Kr2 n23592 14156 9236 10 C已知质子、中子、 粒子的质量分别为 m1、 m2、 m3，那么，2 个质子和 2个中子结 合成一个 粒子，释放的能量是(2 m12 m2 m3)c2 D铀( U)经过多次 、 衰变形成稳定的铅( Pb)的过程中，有 4个中子转变成23892 20682 质子 答案：AC 解析：根据物理学史知选项 A正确；铀核裂变必须吸收慢中子，B 错误；根据爱因斯 坦质能方程，知 C正确； U Pb8 He6 e，有 6个中子转变或原子，故 D错误。23892 20682 42 0 1 二、非选择题 3 72015 年 9月 3日，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利 70周年。1945 年 7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、 长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于 2104t TNT爆炸的能 量(约 8.41013J)，由此可知该原子弹中铀 235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方 程 U n Ba Kr3 n201 MeV，阿伏加德罗常数 NA6.0210 23)23592 10 14156 9236 10 导 学 号 96140459 答案：1.02kg 解析：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出 201MeV的能量，1mol 铀核裂变放出的 能量为 E16.0210 23201MeV1.93610 13J,1 mol铀核的质量为 0.235kg，则原子弹 中铀核的质量为 m 0.235kg 0.235kg1.02kg。 E E1 8.410131.9361013 能力提升 一、选择题(1、2 题为单选题，3、4 题为多选题) 1(枣庄 20142015 学年高二下学期检测)2020 年以前我国将新增投产 2300万千瓦 的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法错误的是 ( )导 学 号 96140460 A核燃料释放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大于煤炭 C在经济效益方面核电与火电不相上下 D核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理 答案：B 解析：核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量 A项正确；就可采储量所提 供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B 项错；在经济效益方面核 电与火电不相上下，C 项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐 射性，要做特殊处理，D 正确。 2我国秦山核电站第三期工程中有两个 60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 U的裂变，现有四种说法：23592 U原子核中有 92个质子，143 个中子；23592 U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为23592 U n Xe Sr2 n；23592 10 13954 9538 10 U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45亿年，升高温度半衰期缩短；23592 一个 U裂变能放出 200MeV的能量，合 3.21011 J。23592 以个说法中完全正确的是 ( )导 学 号 96140461 A B C D 4 答案：D 解析：由 U的质量数和电荷数关系易知正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量23592 数守恒知正确；半衰期不受外界因素干扰，故错误；通过计算知正确，故答案为 D。 3下面是铀核裂变反应中的一个： U n Xe Sr10 n23592 10 13654 9038 10 已知铀 235的质量为 235.043 9u，中子质量为 1.008 7u，锶 90的质量为 89.907 7 u，氙 136的质量为 135.907 2u，则此核反应中 ( )导 学 号 96140462 A质量亏损为 m235.043 9u1.008 7u89.907 7 u135.907 2u B质量亏损为 m(235.043 91.008 789.907 7135.907 2101.0087)u C释放的总能量为 E(235.043 91.008 789.907 7135.907 2101.0087) (3108)2J D释放的总能量为 E(235.043 91.008 789.907 7135.907 2101.0087) 931.5MeV 答案：BD 解析：计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u” 或“kg”作单位，故 A错，B 对；质量单位为“u”时，可直接用“1u 的亏损放出能量 931.5MeV”计算总能量，故 D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.010 8)2，总能量单 位才是焦耳，故 C错。 4(清远市 20132014 学年高二下学期期末)2011 年 3月由 9.0级地震引发的海啸摧 毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量 I泄露在大气中， I是一种放射性1315 1315 物质，会发生 衰变而变成 Xe元素。下列说法中正确的是 ( )导 学 号 96140463 A福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电 B I发生 衰变的方程式为 I Xe e1315 1315 13154 0 1 C I原子核内有 53个质子，78 个中子1315 D如果将碘 131的温度降低到 0度以下，可以延缓其衰变速度 答案：BC 解析：核电站是利用核裂变来发电，A 错；根据原子核的结构和方程式书写规则可判 BC正确；衰变与物质所处的物理、化学状态无关，D 错。 二、非选择题 5在各种能源中，核能具有能量密度大、地区适宜性强的优势，在核电站中，核反应 堆释放的核能被转化为电能，核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释 放出大量核能。 导 学 号 96140464 核反应方程 U n Ba Kr aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，23592 10 14156 9236 n为中子，X 为待求粒子， a为 X的个数，则 X_， a_，以 mU、 mBa、 mKr10 5 分别表示 U、 Ba、 Kr核的质量， mn、 mp分别表示中子、质子的质量， c为光在真23592 14156 9236 空中的传播速度，则在上述核反应过程中放出的核能 E_。 答案： n 3 mc2( mU mBa mKr2 mn)c210 解析：铀 235裂变除生成 Ba、 Kr外，还产生适当数目的中子，即式中的 X为中14156 9236 子，由电荷数和质量数守恒得产生的中子的个数为 a2351141923。反应过程中 的质量亏损 m mU mn mBa mKr3 mn mU mBa mKr2 mn，故核能 E mc2( mU mBa mKr2 mn)c2 6(湖北省部分重点中学 20152016 学年高二下学期期中)在所有能源中，核能具有 能量密度大、区域适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核 反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能。 导 学 号 96140465 (1)核反应方程 U n Ba Kr aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，23592 10 14156 9236 则 a的值为多少，X 表示哪一种核？ (2)上述反应中，分别用 mU、 mB、 mK表示 U、 Ba、 Kr的质量，用 mn和 mp表示23592 14156 9236 中子和质子的质量，则该反应过程中释放的核能为多少？ (3)有一座核能发电站，发电能力 P110 6kW，核能转化为电能的效率 45%，设 反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能 E2.7810 11 J，铀核的质量 mU3.910 25 kg，求每年需要消耗的铀的质量。(结果 保留 2位有效数字) 答案：(1)3 中子 (2)( mU mB mk2 mn)c2 (3)0.98t 解析：