物理（粤教版）新课堂选修3-5学业分层测评第4章第5节裂变和聚变

学业分层测评(十六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)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个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子的能量大，C错误．质子数不变，中子数会减少，故B正确．重核裂变的产物是多种多样的，故A错误，D正确．【答案】BD2．在下列四个方程中，X1、X2、X3、X4各代表某种粒子，判断正确的是()【导学号：】①eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(138,54)Xe＋3X1②eq\o\al(2,1)H＋X2→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(238,92)U→23490Th＋X3④eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(27,13)Al＋X4A．X1是电子 B．X2是质子C．X3是α粒子 D．X4是氚核【解析】根据电荷数和质量数守恒可得X1的电荷数为0，质量数为1，因此确定X1为中子，A错；根据电荷数和质量数守恒可得X2的电荷数为1，质量数为2，因此确定X2为氘核，B错；根据电荷数和质量数守恒可得X3的电荷数为2，质量数为4，因此确定X3为α粒子，C对；根据电荷数和质量数守恒可得X4的电荷数为1，质量数为1，因此确定X4为质子，D错．【答案】C3．关于铀核裂变，下列说法正确的是()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，最好用铀238而不用铀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，放出2～3个中子，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，A错误，B错误．铀235受慢中子的轰击时，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，C错误．而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D错误．【答案】B4．(多选)重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是()【导学号：】A．裂变过程质量增加B．裂变过程质量亏损C．裂变过程和聚变过程都有质量增加D．聚变过程有质量亏损【解析】重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损．【答案】BD5．关于核聚变，以下说法不正确的是()A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用C．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核D．核聚变比核裂变更易控制【解析】与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变不易控制其发电还没有投入实际运行，所以D项是错误的．【答案】D6．(多选)一个原子核eq\o\al(235,92)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eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有140个核子B．X原子核中含有86个中子C．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数减少【解析】由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有92－38＝54个质子，235＋1－94－2－54＝86个中子.86＋54＝140个核子；故A正确，B正确；据爱因斯坦的质能方程可知，质量亏损时释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量以能量的形式释放，但质量数依然守恒，故C、D错误．【答案】AB7．1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是多少？【导学号：】【解析】1g纯铀235有eq\f(1,235)×NA个铀235核．因此1g纯铀235吸收中子完全发生核反应可以释放出eq\f(NA,235)×196MeV能量＝5.0×1023MeV.【答案】5.0×1023MeV[能力提升]8．(多选)1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ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eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nB．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可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算D．实验中产生的γ射线，其穿透能力极强【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eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，选项A正确；铀核裂变过程中，产生γ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γ射线频率很高，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确．【答案】AD9．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，eq\o\al(235,92)U是核电站常用的核燃料.eq\o\al(235,92)U受一个中子轰击后裂变成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr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．【解析】核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即产生3个中子．临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积．【答案】3大于10．已知eq\o\al(235,92)U(质量为235.0439u)裂变后生成eq\o\al(141,56)Ba(质量为140.9139u)和eq\o\al(92,36)Kr(质量为91.8973u)，同时放出3个中子(每个中子质量为1.0087u)，则1kg铀全部裂变所放出的能量相当于多少千克优质煤完全燃烧时放出的能量？(1kg优质煤完全燃烧时产生3.36×107J的热量)【导学号：】【解析】核反应方程为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质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mKr＋3mn)＝(235.0439＋1.0087)u－(140.9139＋91.8973＋3×1.0087)u＝0.2153u.释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5MeV≈200MeV，已知235g铀有6.02×1023个铀核，那么1kg铀内大约有eq\f(1,0.235)×6.02×1023＝2.56×1024个铀核，由此可知1kg铀全部裂变放出的能量为ΔE＝2.56×1024×200MeV＝5.12×1026MeV＝5.12×1032eV＝8.2×1013J，则相当于优质煤的质量为M＝eq\f(8.2×1013,3.36×107)kg＝2.44×106kg.【答案】2.44×106kg11．已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，eq\o\al(3,2)He核的质量为3.0150u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成eq\o\al(3,2)He并放出一个中子，释放的核能全部转化为机械能．(质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV.除了计算质量亏损外，eq\o\al(3,2)He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式．(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?【解析】(1)核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)质量亏损为Δm＝2.0136×2u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)设中子和eq\o\al(3,2)He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和eq\o\al(3,2)He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，