鲁科版选35核裂变 核聚变　 第1课时 作业.docx

42核裂变4.3核聚变1.(多选)国家重大科技专项示范项目cap1400核电站在山东荣成石岛湾建设。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: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,a、b、c均正确;核电站的建造难度较大,d错误。答案:abc2.(多选)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,建成原子反应堆解析: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;原子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,因此选b、c。答案:bc3.(多选)为应对能源危机和优化能源结构,提高清洁能源的比重,我国制定了优先选择核能,其次加快发展风电和再生能源的政策,在核电中长期发展规划中要求2020年核电运行装机总容量达到 4 000 万千瓦的水平,请根据所学物理知识,判断下列说法中正确的是()a.核能发电对环境的污染比火力发电要小b.核能发电对环境的污染比火力发电要大c.所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能d.既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量的原子能解析:目前核电站都用核裂变,其原料是铀,且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源,故a、c正确,b、d错误。答案:ac4.(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。5.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:bd6.一个92235u在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为92235u+01nx+3894sr+201n,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.92235u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54140xe,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:a7.一个u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+nsr+n,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=mc2,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答案:a解析:x原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140,b项错误。中子数为140-(92-38)=86,a项正确。裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,所以c、d项错误。8在某些恒星内，3个粒子结合成一个c，c原子的质量是12.000 0u，he原子的质量是4.002 6u，已知1u1.661027kg，则()a反应过程中的质量亏损是m0.007 8ub反应过程中的质量亏损是m1.291029kgc反应过程中放出的能量是7.266mevd反应过程中放出的能量是1.161019j答案：abc解析：其反应方程是3hec。其质量亏损为m(34.002612.0000)u0.0078u，a项对；m0.00781.661027kg1.291029kg，b项对；e0.0078931.5mev7.266mev，c项对；e7.2661061.61019j1.161012j，d项错。9.在核反应中，控制铀235裂变反应速度的方法是()a使用浓缩铀b改变铀块的临界体积c通过自动控制装置，改变镉核插入的深度，以改变中子数d利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析：使用浓缩铀是为了使裂变更容易发生；通过改变镉棒插入的深度来改变中子数，从而控制反应速度；石墨起到使中子减速的作用答案：c10.u吸收一个慢中子后，分裂成xe和sr，还放出()a1个粒子 b3个中子c10个中子 d10个质子解析：设所放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，由于核反应过程中质量数和电荷数都守恒，所以：235113690x,925438y，解得：x10、y0，由此可判断核反应放出的一定是中子，且个数为10.答案：c11.已知铀核u)裂变生成钡ba)和氪kr),ba、kr以及中子的质量分别是235.043 9 u、143.913 9 u、88.897 3 u和1.008 7 u。我国秦山核电站一期工程的功率为30104 kw,假如u能够完全发生裂变,其中有一半核能转化为电能。则核电站一年要消耗多少u?(已知1 u=1.6610-27 kg)解析:核裂变方程为bakr+n。则一个u裂变释放出来的核能e=(235.043 9 u-143.913 9 u-88.897 3 u-21.008 7 u)c2=0.215 31.6610-27(3108)2 j=3.2110-11 j每年核电站产生的总能量e=pt=30107365243 600 j=9.4611015 j所以每年消耗的铀核个数为n=个=5.8941026个因此每年需要铀的总质量为m=mmol=23510-3 kg=231.1 kg。答案:231.1 kg12.现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是92235u+01n60143nd+zr+301n+8-10e+(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=1.660 610-27 kg,试计算1 kg铀235大约能产生多少能量。解析:(1)锆的电荷数z=92-60+8=40,质量数a=236-146=90;核反应方程中应用符号4090zr表示。(2)1 kg铀235的铀核个数为n=1 0002356.0210232.561024。不考虑核反应中生成的电子质量,一个铀核反应发生的质量亏损为m=0.217 4 u。1 kg铀235完全裂变产生的能量约为e=8.321013 j。答案:(1)4090(2)8.321013 j 13.(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)c21.10103kg14.92235u受中子轰击时会发生裂变,产生56139ba和3694kr,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=4.32101321081.610-19=1.351024。则对应的质量m=nna=1.3510246.02102323510-3 kg0.527 kg。答案:0.527 kg15.一个铀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92235u+01n54139xe+3894sr+301n。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=1 000235na=1 0002356.0210232.5621024。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=eq=4.6010261061.610-192.93107 kg2.512106 kg=2 512 t.答案:(1)92235u+01n54139xe+3894sr+301n179.3 mev(2)2 512 t16.把氢核聚变反应简化为4个氢核(h)聚变成氦核(he)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(0)，已知质子质量mp1.0073u，氦核质量m4.0015u，电子质量me0.00055u，原子质量单位：1u1.6605661027kg，真空中光速c3.0108m/s。(1)写出该氢核聚变反应的方程；(2)计算一次核反应释放多少焦耳的能量。答案：(1)4hhe2e20(2)41012j解析：(1)聚变反应方程为：4hhe2e20质量亏损为：m4mpm2me释放的能量为emc241012j17在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损m0.215 3 u，那么，(1)一个铀核裂变释放的能量为多少？(2)反应中平均每个核子释放的能量为多少？解析：(1)由爱因斯坦质能方程，可以求得铀核裂变时放出的能量为：em931.5 mev0.215 3931.5 mev200.6 mev.(2)平均每个核子释放的能量为： mev0.85 mev.答案：(1)200.6 mev(