高中物理 第19章 原子核 6 核裂变课时作业 新人教版选修35.doc

6核裂变一、a组(20分钟)1.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: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。答案:bd2.裂变反应中释放出的能量来自于()a.核子消失转化为能量b.原子中电子与原子核的电势能减小c.入射的中子消失转化为能量d.原子核的比结合能变大,释放出能量解析:发生裂变反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故a、c错误;能量来自于原子核内部,由于重核在分裂为中等质量的原子核时,比结合能增加而释放出能量,b错误,d正确。答案:d3.关于核反应堆,下列说法正确的是()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解析:铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,故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,故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,故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,故d正确。答案:abd4.1938年哈恩用中子轰击铀核u),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()a.这个实验的核反应方程是bakrnb.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bakr+n,选项a不正确;铀核裂变过程中产生射线,放出能量,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。答案:d5.一个u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+nx+sr+n,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.u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:由核反应规律可知,x是xe,x中有140个核子、86个中子,a项正确,b项错误;裂变过程质量亏损,总质量数守恒,c项错误;半衰期由核本身的因素决定,与外界条件无关,d项错误。答案:a6.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:u原子核中有92个质子,143个中子;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xesr+n;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;一个u裂变能放出200 mev的能量,合3.210-11 j。以上说法中完全正确的是()a.b.c.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。答案:d7.导学号97280116一个铀235吸收一个中子后发生的核反应方程式是xesr+1n,放出的能量为e,铀235核的质量为m,中子的质量为m,氙126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)c2b.(m+m-m1-m2)c2c.(m-m1-m2-9m)c2d.(m1+m2+9m-m)c2解析: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。故正确选项为c。答案:c8.u受中子轰击时会发生裂变,产生ba和kr,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6.021023 mol-1)解析:每天发电的总量e=243.61035108 j=4.321013 j。要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n=1.351024。则对应的质量m=23510-3 kg0.527 kg。答案:0.527 kg9.一个铀235原子俘获一个中子后,裂变为氙139和锶94,同时放出三个中子。(1)写出核反应方程并算出一个铀核裂变时释放的核能。已知mu=235.043 94 u,mxe=138.918 44 u,msr=93.915 57 u,mn=1.008 665 u。(2)1 kg铀完全裂变可释放出的能量,相当于多少热值为2.93107 j/kg的煤完全燃烧时放出的热量?(u为质量单位,1 u相当于931.6 mev能量)解析:(1)核反应方程为xesr+n。该反应的质量亏损为m=(mu+mn)-(mxe+msr+3mn)=(235.043 94+1.008 665) u-(138.918 44+93.915 57+31.008 665) u=0.192 6 u,所以,一个铀核裂变释放的核能为e=0.192 6931 mev179.3 mev。(2)1 kg铀中含有的铀核数为n=na=6.0210232.5621024。1 kg铀完全裂变共释放的能量为e=ne=2.5621024179.3 mev4.601026 mev。相当于完全燃烧的煤的质量为m= kg2.512106 kg=2 512 t.答案:(1xesr+n179.3 mev(2)2 512 t二、b组(20分钟)1.下面是铀核裂变反应中的一个为u+nxe+sr+1n,已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,已知u为质量单位,1 u相当于931.5 mev能量。则此核反应中()a.质量亏损为m=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2) ub.质量亏损为m=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7) uc.释放总能量为e=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7)(3108)2 jd.释放总能量为e=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7)931.5 mev解析:质量亏损是反应物与生成物之差,差值可用“u”或“kg”作单位,前者直接用1 u的亏损放出931.5 mev的能量计算,后者核能的单位是j。答案:bd2.导学号97280117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解析: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。答案:c3.裂变反应是目前核能利用中常用的反应。以原子核u为燃料的反应堆中,当u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u+nxe+sr+n235.043 91.008 7138.917 893.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)。已知1 u的质量对应的能量为931.5 mev,此裂变反应过程中,(1)亏损质量为原子质量单位的多少倍?(2)释放出的能量是多少?解析:(1u裂变成xe和sr,同时放出中子n,裂变前后质量变化m=m前-m后=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-31.008 7) u=0.193 3 u,亏损质量为原子质量单位的0.193 3。(2)由爱因斯坦质能方程,得e=mc2=0.193 3931.5 mev=180 mev。答案:(1)0.193 3(2)180 mev4.某型导弹核潜艇水下最大航速为45节(1节=1.852 km/h)。核反应堆最大输出功率为4.5万千瓦,最大续航里程为20万海里(1海里=1.852 km)。假设1个u核裂变放出的能量是200 mev,铀矿石含铀235的浓度是4%,求:(1)当核反应堆达到最大输出功率时,每秒有多少个铀235原子核发生裂变。(2)核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克。解析:(1)当核反应堆达到最大输出功率时,每秒发生裂变的铀235原子核数n=1.41018。(2)最大续航时间tm= h=1.6107 s,铀235的摩尔质量m=235 g/mol,设需装铀矿石的质量为m,由pmtm=ne=nae,得需装入铀矿石的质量m= g2.2105 g=220 kg。答案:(1)1.41018(2)220 kg5.现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是u+nnd+zr+n+e+(1)核反应方程中的是中微子,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;(2)已知铀(u)核的质量为235.049 3 u,中子的质量为1.008 7 u,钕(nd)核质量为142.909 8 u,锆核质量为89.904 7 u;又知1 u=1.660 610-