19.6核裂变 学案(含答案)

19.6核裂变学案(含答案)6核裂变核裂变学科素养与目标要求物理观念1.知道什么是裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件科学思维1.会利用质量亏损计算裂变产生的核能.2.了解核反应的工作原理,知道如何控制核反应的速度科学态度与责任了解如何防止核污染一、核裂变1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核,并放出核能的过程2铀核裂变用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多种多样的,其中一、典型的反应是23592U10n14456Ba8936Kr310n.3链式反应当一、中子引起一、重核裂变后,裂变释放的中子再引起其他重核裂变,且能不断继续下去,这种反应叫核裂变的链式反应4链式反应的条件1铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量2有足够数量的慢中子二、核电站1核电站利用核能发电,它的核心设施是反应堆,它主要由以下几部分组成1燃料铀棒2慢化剂石墨.重水和普通水也叫轻水3控制棒为了控制反应速度,还需要在铀棒之间插进一些镉棒,它吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,将镉棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,这种镉棒叫做控制棒2工作原理核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高,水或液态的金属钠等物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3核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层,用来屏蔽裂变产物放出的各种射线,核废料具有很强的放射性,需要装入特制的容器,深埋地下1判断下列说法的正误1铀核的裂变是一种天然放射现象2铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去3中子的速度越快,越容易发生铀核裂变4铀核裂变的产物是钡和氪,且固定不变5核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度6核反应堆用过的核废料无毒无害2下面是铀核裂变反应中的一个23592U10n13654Xe9038Sr1010n.已知铀235的质量为235.0439u,中子质量为1.0087u,氙136的质量为135.9072u,锶90的质量为89.9077u,则此核反应中释放的总能量是多少1u相当于931.5MeV的能量答案140.4MeV解析释放的总能量为E235.04391.0087135.907289.9077101.0087931.5MeV140.4MeV.一、核裂变及链式反应如图为铀核裂变示意图1铀核裂变是如何发生的试写出一、铀核裂变的核反应方程2只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗答案1当中子进入铀235后,便形成了处于激发状态的复核,复核中由于核子的激烈运动,使核变成不规则的形状核子间的距离增大,因而核力迅速减弱,使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块,同时放出中子,这些中子又引起其他铀核裂变,这样,裂变反应一、接一、继续下去,形成链式反应23592U10n14456Ba8936Kr310n2只有铀块体积大于或等于临界体积才能发生链式反应1常见的裂变方程123592U10n13954Xe9538Sr210n223592U10n14456Ba8936Kr310n2链式反应发生的条件1铀块的体积大于或等于临界体积2有足够浓度的铀235.3有足够数量的慢中子3铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应例1xx临川一中质检1938年德国化学家.物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪,这种现象称为核裂变,其反应方程为23592U10n14156Ba9236Kr3X.下列说法正确的是A核反应方程中X为质子B核反应方程中X为电子C由核反应方程可得钡核的比结合能比铀核的比结合能大D此核反应能自动延续下去,故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的答案C解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程中X为中子10n,A.B错误;根据原子核的比结合能曲线可知,钡核的比结合能比铀核的比结合能大,C正确;如果铀块的体积小于临界体积,此核反应不能自动延续下去,所以铀块的体积对于维持核反应是很重要的,D错误针对训练核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分,并产生________个中子要使链式反应发生,裂变物质的体积要________选填"大于"或"小于"它的临界体积答案3大于解析由质量数和电荷数守恒可知,裂变的核反应方程为23592U10n14456Ba8936Kr310n,可见产生了3个中子;链式反应的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积二、核电站的主要部件和工作原理如图所示为核反应堆示意图1核反应堆中各部件的作用是什么2核电站发电有什么优点答案1镉棒吸收中子,控制反应速度慢化剂通常采用石墨.重水和普通水作用是降低中子速度,便于铀235吸收铀棒发生链式反应,产生能量保护层是很厚的水泥外壳,屏蔽射线,防止放射性污染2核电站发电的优点消耗的核燃料少作为核燃料的铀.钍等在地球上可采储量所能提供的能量大对环境的污染要比火力发电小1核电站的主要部件及作用组成部分材料作用裂变材料核燃料浓缩铀提供核燃料减速剂慢化剂石墨.重水或普通水也叫轻水使裂变产生的快中子减速控制棒镉或硼吸收减速后的中子,控制反应速度热交换器水或液态的金属钠传输热量防护层金属套.钢筋混凝土防止射线泄露,对人体及其他生物体造成伤害2.核电站发电的优点1消耗的核燃料少,一座百万千瓦级的核电站,一年只消耗浓缩铀30t左右,而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨2作为核燃料的铀.钍等在地球上可采储量所能提供的能量大3对环境的污染要比火力发电小例2多选关于核反应堆,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传输热量答案ABD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;冷却剂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正确三、重核裂变中核能的计算重核裂变中核能的计算,与前面介绍的核能的计算方法基本相同1根据爱因斯坦质能方程计算,Emc2.2根据原子质量单位计算,1u相当于931.5MeV的能量,Emu931.5MeV.3根据能量守恒定律计算例3铀核裂变的许多核反应中的其中一个是23592U10n14156Ba9236Kr310n.1试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量23592U.14156Ba.9236Kr.10n的质量分别为235.0439u.140.9139u.91.8973u.1.0087u,1u相当于931.5MeV;21kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能这相当于完全燃烧多少煤释放的能量煤的热值为2.94107J/kg答案1200.6MeV25.141026MeV相当于完全燃烧2797.3t煤解析1裂变反应的质量亏损为m235.04391.0087140.913991.897331.0087u0.2153u一个铀235原子核裂变后释放的能量为Emc20.2153931.5MeV200.6MeV.21kg铀235原子核中含原子核的个数为N1032356.0210232.561024个,1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ENNE2.561024200.6MeV5.141026MeV.设完全燃烧的煤的质量为m,有ENqm,所以mENq5.1410261061.610192.94107kg2797.3t1计算核电站向外输送的能量需要多少核燃料的思路是1计算一个核反应释放的核能或已知E;2计算需要输送的能量E;3由公式mEEMNA计算出需要的核燃料质量m.2若计算相当于多少煤时,要注意单位的统一,一般用焦耳J作为能量的单位1核裂变及链式反应多选铀核裂变是核电站核能的重要来源,其中的一种裂变反应为23592U10n14456Ba8936Kr310n,下列说法正确的有A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出,A对;铀块体积对链式反应的发生有影响,B错;铀核的链式反应可人工控制,C对;铀核的半衰期不会受到环境温度的影响,D错2核裂变反应方程的认识铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应23592U10nab210n,则ab可能是A.14054Xe9336KrB.14156Ba9236KrC.14156Ba9338SrD.14054Xe9438Sr答案D解析根据核反应中的质量数和电荷数守恒可知,a和b的总质量数应为23512234,总质子数应为92,A项中质量数为14093233,B项中质量数是14192233,C项中质量数为14193234,质子数为563894,D项中质量数为14094234,质子数为543892.综上可知,答案为D.3核电站与核反应堆秦山核电站第三期工程的两个6105kW发电机组已实现并网发电,发电站的核能来源于23592U的裂变,下列说法正确的是A反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种裂变可能是23592U10n13954Xe9538Sr210nC.23592U是天然放射性元素,升高温度后它的半衰期会缩短D虽然核电站能提供很大的能量,但它对环境的污染比火电站严重答案B解析反应堆中核反应速度由控制棒镉棒吸收中子来控制,A错;23592U裂变有多种可能性,这是其中常见的一种,B对;放射性元素的半衰期由原子核本身决定,与温度.压强等外界条件无关,C错;核电对环境的污染比火电小,D错4核能的计算用中子轰击铀核23592U,其中的一个可能反应是分裂成钡14156Ba和氪9236Kr两部分,放出3个中子各核和中子的质量如下mU390.31391027kg,mn1.674