高中物理 第19章 原子核 6 核裂變學(xué)業(yè)分層測評 新人教選修3-5

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核裂變 (建議用時：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．當(dāng)一個重核裂變時，它能產(chǎn)生的兩個核(　　) A．一定是穩(wěn)定的 B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)少 C．裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量 D．可以是多種形式的兩個核的組合 E．含有的質(zhì)子數(shù)與裂變前重核的質(zhì)子數(shù)相等 【解析】　重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時平均要放出2個或3個中子，裂變釋放的能量比俘獲中子的能量大，C錯誤．質(zhì)子數(shù)不變，中子數(shù)會減少，故B、E正確．重核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，故A錯誤，D正確． 【答案】　BDE 2．在下列四個方程中，X1、X2、X3、X4各代表某種粒子，判斷正確的是(　　) ①U＋n→Sr＋Xe＋3X1 ②H＋X2→He＋n ③U→234 90Th＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4 A．X1是中子　　　　　　 B．X2是質(zhì)子 C．X3是α粒子 D．X4是氚核 E．X4是質(zhì)子 【解析】　根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得X1的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，因此確定X1為中子，A對；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得X2的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為2，因此確定X2為氘核，B錯；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得X3的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4，因此確定X3為α粒子，C對；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得X4的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，因此確定X4為質(zhì)子，D錯E正確． 【答案】　ACE 3．關(guān)于鈾核裂變，下列說法正確的是(　　) A．鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核 B．鈾核裂變時還能同時釋放2～3個中子 C．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用鈾235而不用鈾238 D．鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響 E．要產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，應(yīng)使鈾塊的體積達(dá)到或超過臨界體積 【解析】　鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，放出2～3個中子，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，具有極大的偶然性，只是裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，A錯誤，B正確．鈾235受慢中子的轟擊時，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小，C正確．而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積，故D錯誤E正確． 【答案】　BCE 4．一個原子核U在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為U＋n→X＋Sr＋2n，則下列敘述正確的是(　　) A．X原子核中含有140個核子 B．X原子核中含有86個中子 C．因為裂變時釋放能量，所以裂變后粒子的總質(zhì)量數(shù)增加 D．因為裂變時釋放能量，所以裂變后粒子的總質(zhì)量數(shù)減少 E．因為裂變時釋放能量，所以裂變過程一定有質(zhì)量虧損 【解析】　由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知：X原子核中含有92－38＝54個質(zhì)子，235＋1－94－2－54＝86個中子.86＋54＝140個核子；故A正確，B正確；據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知，質(zhì)量虧損時釋放能量不是質(zhì)量變成了能量，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放，但質(zhì)量數(shù)依然守恒，故C錯誤，D錯誤E正確． 【答案】　ABE 5．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時放出的可使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是________． 【解析】　重核的裂變需要中子的轟擊，在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，不斷放出高速的中子使裂變可以不斷進(jìn)行下去． 【答案】　中子 6．1個鈾235核吸收1個中子發(fā)生核反應(yīng)時，大約放出196 MeV的能量，則1 g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為________MeV. 【解析】　1 g純鈾235有NA個鈾235核．因此1 g純鈾235吸收中子完全發(fā)生核反應(yīng)可以釋放出196 MeV能量＝5.01023 MeV. 【答案】　5.01023 7．(2015江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料.U受一個中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產(chǎn)生________個中子．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積． 【解析】　核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，即產(chǎn)生3個中子．臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積． 【答案】　3　大于 8．在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是什么？ 【解析】　控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是控制中子的數(shù)量，其有效方法是用吸收中子能力很強(qiáng)的鎘棒插入鈾燃料周圍，鎘棒插入的深度不同，就會控制中子的數(shù)目，達(dá)到控制核反應(yīng)的目的． 【答案】　通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變中子數(shù) [能力提升] 9．1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線．下列關(guān)于這個實驗的說法中正確的是(　　) A．這個實驗的核反應(yīng)方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n B．這是一個核裂變過程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和 C．這個反應(yīng)中釋放出的能量可以用愛因斯坦的光電效應(yīng)方程來計算 D．實驗中產(chǎn)生的γ射線，其穿透能力極強(qiáng) E．實驗中產(chǎn)生的γ射線的頻率很高 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：U＋n→Ba＋Kr＋3n，選項A正確；鈾核裂變過程中，產(chǎn)生γ射線，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計算，選項B、C不正確；核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線頻率很高，穿透能力極強(qiáng)，是能量極高的光子，選項D、E正確． 【答案】　ADE 10．我國秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于U的裂變，下列說法正確的是(　　) A.U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子； B.U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為U＋ n→Xe＋Sr＋2n； C.U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短； D．一個U裂變能放出200 MeV的能量，合3.210－11 J. E．通過改變半衰期來控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度 【解析】　由U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C、E錯誤；因為200 MeV＝2001061.610－19 J＝3.210－11 J，所以D正確． 【答案】　ABD 11．已知U(質(zhì)量為235.043 9 u)裂變后生成Ba(質(zhì)量為140.913 9 u)和Kr(質(zhì)量為91.897 3 u)，同時放出3個中子(每個中子質(zhì)量為1.008 7 u)，則1 kg鈾全部裂變所放出的能量相當(dāng)于多少千克優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時放出的能量？(1 kg優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時產(chǎn)生3.36107 J的熱量) 【導(dǎo)學(xué)號：66390057】 【解析】　核反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n 質(zhì)量虧損為Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mKr＋3mn)＝(235.043 9＋1.008 7)u－(140.913 9＋91.897 3＋31.008 7)u＝0.215 3 u. 釋放的核能為 ΔE＝Δmc2＝0.215 3931.5 MeV≈200 MeV， 已知235 g鈾有6.021023個鈾核，那么1 kg鈾內(nèi)大約有6.021023＝2.561024個鈾核，由此可知1 kg鈾全部裂變放出的能量為ΔE＝2.561024200 MeV＝5.121026 MeV＝5.121032 eV＝8.21013 J，則相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)煤的質(zhì)量為M＝ kg＝2.44106 kg. 【答案】　2.44106 kg 12．裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核U為燃料的反應(yīng)堆中，U俘獲一個慢中子后發(fā)生裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種方式可表示為： U　?。　―→Xe　＋　Sr＋3n 235．043 9　1.008 7　138.917 8　93.915 4 反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核靜止時的質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)，已知1 u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV，求： (1)該反應(yīng)中放出的能量是多少M(fèi)eV? (2)1 kg鈾235大約產(chǎn)生多少能量？(保留兩位有效數(shù)字) 【導(dǎo)學(xué)號：66390058】 【解析】　(1)裂變前后的質(zhì)量虧損為： Δm＝mU＋mn－mXe－mSr－3mn. 由質(zhì)能方程ΔE＝Δm931.5 MeV，得： ΔE＝(235.043 9－138.917 8－93.915 4－21.008 7)931.5 MeV≈1.8102 MeV. (2)1 kg鈾235的鈾核數(shù)為： n＝6.021023≈2.561024(個)． 故1 kg鈾235完全裂變產(chǎn)生的能量約為： E＝nΔE＝2.5610241.8102 MeV ≈4.61026MeV. 【答案】　(1)1.8102 MeV　(2)4.61026MeV