高中物理 19.6核裂变课时训练（含解析）新人教版选修35.doc

19.6核裂变【小题达标练】一、选择题1.(多选)当一个重核裂变时,它所产生的两个核()a.含有的质子数比裂变前重核的质子数少b.含有的中子数比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.可能是多种形式的两个核的组合【解析】选b、d。由于在裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子,质子数没有发生变化,而两个新核的中子数减少,a错误,b正确;反应前后质量发生了亏损而释放出能量,并不等于俘获中子的能量,在裂变反应中,产物并不是唯一的,故c错误,d正确。【总结提升】重核裂变的实质(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核,使之分裂成中等质量的原子核,同时释放大量的能量,放出更多的中子的过程。(2)重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后质量有亏损,根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量,而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。2.(2015汕头高二检测)92235u吸收一个慢中子后分裂成3692kr和56141ba,还放出()a.1个粒子 b.3个中子c.10个中子 d.10个质子【解析】选b。根据质量数守恒、电荷数守恒可得还放出3个中子,b项正确。3.(2015南昌高二检测)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()a.92235u+01n3890sr+54136xe+1001nb.1124na1224mg+-10ec.714n+24he817o+11hd.92238u90234th+24he【解析】选a。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。4.一个铀235吸收一个中子后的核反应方程是92235u+01n54136xe+3890sr+1001n,放出的能量为e,铀235核的质量为m,中子的质量为m,氙136核的质量为m1,锶90核的质量为m2,真空中光速为c,则释放的能量e等于()a.(m-m1-m2-10m)c2 b.(m+m-m1-m2)c2c.(m-m1-m2-9m)c2 d.(m1+m2+9m-m)c2【解析】选c。铀235裂变时的质量亏损:m=m+m-m1-m2-10m=m-m1-m2-9m。由质能方程可得e=mc2=(m-m1-m2-9m)c2。【易错提醒】解答本题的两个易错点:(1)在计算质量亏损时,忘记了箭头前的中子,错选答案a。(2)在计算质量亏损时,错误地用反应后质量减去反应前的质量,错选答案d。【补偿训练】1个铀235核吸收1个中子发生核反应时,大约放出196mev的能量,则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(na为阿伏加德罗常数)()a.na196 mev b.235na196 mevc.235196mev d.na235196 mev【解析】选d。1g纯铀235有1235na个铀235核。因此1 g纯铀235吸收中子完全发生核反应可以释放出na235196mev能量。5.(2015清远高二检测)铀核裂变是在反应堆中进行的,核反应堆主要由铀棒、镉棒、慢化剂、冷却系统和水泥防护层组成,镉棒在反应堆中起的作用主要是()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【解析】选d。镉棒可以吸收中子,控制镉棒插入反应堆的深度可以控制参与反应的中子数目,从而控制反应堆的反应速度,不一定是加快反应速度,也可能是减慢反应速度,a、b、c错误,d正确。【互动探究】慢化剂在反应堆中起的作用主要是()【解析】选a。慢化剂在反应堆中与快中子碰撞,中子能量减小,变为慢中子,故正确答案为a。6.(多选)人类通过链式反应来利用核能的方式有下列哪两类()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,建成核反应堆d.利用不可控制的慢中子链式反应,建成核反应堆【解析】选b、c。原子弹爆炸时,铀块的体积大于临界体积,快中子直接被铀核吸收,发生裂变反应,放出核能,链式反应速度不可控制,极短的时间内释放出大量的核能;核反应堆释放核能的速度是稳定的,链式反应的速度可以控制,因此答案为b、c。7.我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组,发电站的核能来源于92235u的裂变,现有四种说法:92235u原子核中有92个质子,143个中子;92235u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92235u+01n54139xe+3895sr+201n;92235u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;一个92235u裂变能放出200mev的能量,合3.210-11j。以上说法中完全正确的是()a. b. c. d.【解题指南】解答本题应明确以下四点:(1)质量数=质子数+中子数。(2)放射性元素的半衰期与温度等外界因素无关。(3)明确裂变方程的书写方法。(4)了解1个92235u裂变大约放出200mev的能量,并掌握mev与j的换算。【解析】选d。由92235u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数守恒知正确;半衰期不受外界因素干扰,故错误;因为200mev=2001061.610-19j=3.210-11j,所以正确,故答案为d。二、非选择题8.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8.41013j,试问有多少个92235u原子核进行分裂?该原子弹中含92235u的质量最小限度为多少千克?(一个92235u原子核分裂时所产生的能量约为200mev)【解析】一个92235u原子核分裂时所产生的能量约为200mev=200106ev=2.01081.610-19j=3.210-11j。设共有n个92235u核发生裂变:n=8.410133.210-11个2.61024个,铀的质量m=23510-32.610246.021023kg1.015kg。答案:2.61024个1.015kg【总结提升】裂变问题的分析方法(1)对于裂变问题,要知道是什么原子核发生了裂变,写出原子核的裂变方程,应该注意裂变方程的质量数和电荷数守恒;更应该注意的是,原子核的裂变方程必须是能够实际发生的,不能随意编造,并不是所有满足质量数和电荷数守恒的方程都能发生。(2)根据质能方程e=mc2,由反应前后原子核的质量亏损,可以计算出一个原子核裂变时释放的能量。(3)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(mev)能量计算,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5mev,即e=m931.5mev。(4)由每个铀核反应释放的核能乘以铀核个数求得e=e每个na9.(2015福建师大附中高二检测)受中子轰击时会发生裂变,产生和3694kr,同时放出200mev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6.021023mol-1)【解析】每天发电的总量e=243.61035108j=4.321013j。要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n=4.32101321081.610-19=1.351024(个)。则对应的质量m=nna=1.3510246.02102323510-3kg=0.527kg。答案:0.572kg【大题提升练】1.(1)关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理,下列说法正确的是()a.镉棒能释放中子,依靠释放中子的多少控制反应速度b.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量c.利用镉棒对中子吸收能力强的特点,依靠插入的多少控制中子数量d.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用,利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度(2)现有的核电站常用的核反应之一是:92235u+01n60143nd+zr+301n+8-10e+核反应方程中的是反中微子,它不带电,质量数为零,试确定生成物锆(zr)的电荷数与质量数。已知铀核的质量为235.0439u,中子的质量为1.0087u,钕(nd)核的质量为142.9098u,锆核的质量为89.9047u,1u=1.660610-27kg。试计算1kg铀235裂变释放的能量为多少?【解析】(1)选c。镉棒并不能释放中子,也不能使中子减速,对铀核裂变也没有阻碍作用,而是利用对中子吸收能力强的特点,控制中子数量的多少而控制核反应速度,故c正确。(2)锆的电荷数z=92-60+8=40,质量数a=236-146=90,核反应方程中用符号4090zr表示。1kg铀235中铀核的个数为n=1235.043 91.660 610-27=2.561024(个)。不考虑核反应中生成的电子质量,1个铀235核裂变产生的质量亏损为m=0.212u,释放的能量为e=0.212931.5mev=197.5mev,则1kg铀235完全裂变释放的能量为e=ne=2.561024197.5mev=8.11013j。答案:(1)c(2)40908.11013j2.(1)(多选)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,其优势在于()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.核电站没有任何污染e.核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性,要做特殊处理(2)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。核反应方程是反应堆中发生的许多核反应中的一种,01n为中子,x为待求粒子,a为x的个数,则x=,a=,以mu、mba、mkr分别表示核的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中的传播速度,则在上述核反应过程中放出的核能e=。有一座发电能力为p=1.00106kw的核电站,核能转化为电能的效率=40%,假定反应堆中发生的裂变反应为中的核反应,已知每次核反应过程放出的核能e=2.7810-11j,核的质量mu=39010-27kg,求每年(1年=3.15107s)消耗的的质量。【解析】(1)选a、c、e。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错,e正确。(2)铀235裂变除生成外,还产生适当数目的中子,即式中的x为中子,由电荷数和质量数守恒得产生的中子的个数为a=235+1-141-92=3。反应过程中的质量亏损m=mu+mn-mba-mkr-3mn=mu-mba-mkr-2mn故核能e=mc2=(mu-mba-mkr-2mn)c2反应堆每年提供的核能e总=pt,其中t表示1年的时间。以m表示每年消耗的的质量,得mmu=e总e,解得m=mupte,代入数据得m=1.10103kg。答案:(1)a、c、e(2)01n3mc2=(mu-mba-mkr-2mn)c21.10103kg【补偿训练】(2015唐山高二检测)一个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+01nx+