高中物理 3.5 核裂变规范训练 教科版选修3-5

5核裂变知识点基础中档稍难核裂变和链式反应1、2、3、45、6、7临界体积8、9原子反应堆1110综合提升12、1314知识点一核裂变和链式反应1．eq\o\al(235,92)U吸收一个慢中子后，分裂成eq\o\al(139,54)Xe和eq\o\al(94,38)Sr，同时还放出()A．一个α粒子 B．一个氘核C．三个中子 D．两个中子解析该裂变反应的方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确．答案C2．1个铀235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．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析1g纯235U含有eq\f(1,235)×NA个235U.因此1g235U吸收中子完全发生核反应可以释放出eq\f(NA,235)×196MeV能量．答案D3．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．答案BD4．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．答案D5．下面是铀核裂变反应中的一个：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n已知铀235的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中()．A．质量亏损为Δm＝235.0439u＋1.0087u－89.9077u－135.9072uB．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×(3×108)2JD．释放的总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×931.5MeV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的质量亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．答案BD6．下列说法正确的是()．A．铀235只要俘获中子就能进行链式反应B．所有的铀核俘获中子后都能裂变C．太阳不断地向外辐射大量能量，太阳质量应不断减小，日地间距离应不断增大，地球公转速度应不断减小D．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的解析要发生链式反应必须同时满足三个条件：①必须具有足够纯度的铀235(浓缩铀)；②铀块的体积必须大于或等于临界体积；③要有足够数量的慢中子，所以A错误；并不是所有的铀核都能发生裂变，所以B也是错误的；由于太阳在向外辐射能量的过程中，会出现质量亏损，由万有引力定律可知日地间的引力要减小，所以日地间的距离应不断增大，在向外运动的过程中由于要克服引力做功，故地球的公转速度应不断减小；粒子散射实验证明了原子是有核式结构的，所以D错误．只有C正确，故正确答案为C.答案C7．下列核反应中，表示核裂变的是()．A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n解析核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变，其中衰变有α衰变、β衰变等.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰变，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰变，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是人工转变，只有C选项是重核裂变．答案C知识点二临界体积8．关于铀核裂变，下述说法中正确的是()．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，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，需使铀块体积超过临界体积．故上述选项B、C正确．答案BC9．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．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子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．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关解析要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故A、D错，C对，铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错．答案C知识点三原子反应堆10．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eq\o\al(235,92)U的裂变，现有4种说法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，有143个中子②eq\o\al(235,92)U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(235,92)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④一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J以上说法中正确的是()．A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④解析由eq\o\al(235,92)U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故正确选项为D.答案D11．核反应堆的燃料是____________，石墨、重水等作为____________使裂变时产生的中子速度减小，易于被镉棒吸收；用镉棒______________以控制核反应堆的__________，再用水等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量．解析核反应堆中的核燃料是铀235，用石墨、重水等作减速剂，用镉棒来吸收中子，以控制反应速度．答案铀235减速剂吸收中子速度12．有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，eq\o\al(235,92)U核的质量，mU＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的质量．解析因核电站的核能转化效率为40%故电站消耗eq\o\al(235,92)U的功率P′为P′＝eq\f(P,40%)＝eq\f(106,40%)kW＝2.5×106kW则电站每年消耗eq\o\al(235,92)U所释放的能量为E＝P′t＝2.5×106×103×3.15×107J＝7.875×1016J故每年消耗eq\o\al(235,92)U的质量为m＝eq\f(E,ΔE)·mU＝eq\f(7.875×1016,2.78×10－11)×390×10－27kg＝1105kg.答案1105kg13．在核反应堆中，为了使中子减速成为慢中子，必须用重水或石墨作减速剂，使快中子跟减速剂的原子核相碰(设这些碰撞是弹性正碰)，以达到减速的目的．你认为用原子量大的作减速剂效果好还是用原子量小的作减速剂效果好？试作相应说明和计算(设减速原子核原来是静止的)．解析因中子与减速剂原子核发生弹性碰撞，碰撞过程动量和动能都守恒．设中子质量为m，减速剂原子核质量为M，中子的初速度为v0，有mv0＝mv1＋Mv2，eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2)，解得v1＝eq\f(m－M,m＋M)v0.可见，当M越接近m时，v1越小，即原子量小的减速效果好．答案见解析14．铀核(eq\o\al(235,92)U)裂变成钡(eq\o\al(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)．已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr以及中子的质量分别是235.0439u、140.9139u、91.8973u和1.0087u(1)试写出铀核裂变反应方程，并计算1个235U核裂变时放出的核能；(2)我国秦山核电站的装机容量为3.0×105kW，假如全部235U都能够发生这样的裂变，释放核能的1.2%可转化为电能，试由此估算电站1年要消耗多少eq\o\al(235,92)U?解析(1)根据裂变的生成物及核反应前后质量数守恒，由核电荷数守恒可确定产生中子的数目．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，核反应中的质量亏损为Δm＝235.0439u－140.9139u－91.8973u－2×1.0087u＝0.2153u根据质能方程可知每一