《2016-2017学年高中物理 第19章 原子核 6 核裂变课时作业 新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016-2017学年高中物理 第19章 原子核 6 核裂变课时作业 新人教版选修3-5（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6核裂变一、A组(20分钟)1.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:BD2.裂变反应中释放出的能量来自于()A.核子消失转化为能量B.原子中电子与原子核的电势能减小C.入射的中子消失转化为能量D.原子核的比结合能变大,
2、释放出能量解析:发生裂变反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A、C错误;能量来自于原子核内部,由于重核在分裂为中等质量的原子核时,比结合能增加而释放出能量,B错误,D正确。答案:D3.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输出热能解析: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;水或液态金属钠等流
3、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,同时也使反应堆冷却,控制温度,故D正确。答案:ABD4.1938年哈恩用中子轰击铀核U),发现产物中有原子核钡Ba)、氪Kr)、中子和一些射线。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BaKrnB.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不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D.实验中产生的射线穿透能力极强解析:根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程应为BaKr+n,选项A不正确;铀核裂变过程中产生射线,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
4、,选项B、C不正确;核反应中产生的射线,穿透能力极强,是能量极高的光子,选项D正确。答案:D5.一个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U+nX+Sr+n,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.U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Xe,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:A6
5、.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U的裂变,现有四种说法:U原子核中有92个质子,143个中子;U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程为XeSr+n;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;一个U裂变能放出200 MeV的能量,合3.210-11 J。以上说法中完全正确的是()A.B.C.D.解析:由U的质量数和电荷数关系易知正确;由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知正确;半衰期不受外界因素干扰,故错误;通过计算知正确,故答案为D。答案:D7.导学号97280116一个铀235吸收一个中子后发生的核反应方程式
6、是XeSr+1n,放出的能量为E,铀235核的质量为M,中子的质量为m,氙126核的质量为m1,锶90核的质量为m2,真空中光速为c,则释放的能量E等于()A.(M-m1-m2)c2B.(M+m-m1-m2)c2C.(M-m1-m2-9m)c2D.(m1+m2+9m-M)c2解析:铀235裂变时的质量亏损m=M+m-m1-m2-10m=M-m1-m2-9m,由质能方程可得E=mc2=(M-m1-m2-9m)c2。故正确选项为C。答案:C8.U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,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
7、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=1.351024。则对应的质量m=23510-3 kg0.527 kg。答案:0.527 kg9.一个铀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
8、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XeSr+n。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=NA=6.0210232.5621024。1 kg铀完全裂变共释放的能量为E=NE=2.5621024
9、179.3 MeV4.601026 MeV。相当于完全燃烧的煤的质量为m= kg2.512106 kg=2 512 t.答案:(1XeSr+n179.3 MeV(2)2 512 t二、B组(20分钟)1.下面是铀核裂变反应中的一个为U+nXe+Sr+1n,已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,已知u为质量单位,1 u相当于931.5 MeV能量。则此核反应中()A.质量亏损为m=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2) uB.质量亏损为m=(23
10、5.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7) uC.释放总能量为E=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7)(3108)2 JD.释放总能量为E=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-101.008 7)931.5 MeV解析:质量亏损是反应物与生成物之差,差值可用“u”或“kg”作单位,前者直接用1 u的亏损放出931.5 MeV的能量计算,后者核能的单位是J。答案:BD2.导学号97280117关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理,下列说法正确的是(
11、)A.镉棒能释放中子,依靠释放中子的多少控制反应速度B.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C.利用镉棒对中子吸收能力强的特点,依靠插入的多少控制中子数量D.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用,利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度解析:镉棒并不能释放中子,也不能使中子减速,对铀核裂变也没有阻碍作用,而是利用对中子吸收能力强的特点,控制中子数量的多少而控制核反应速度,故C正确。答案:C3.裂变反应是目前核能利用中常用的反应。以原子核U为燃料的反应堆中,当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为U+nXe+Sr+n235.043 91.008 7138.917 893.9
12、15 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)。已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV,此裂变反应过程中,(1)亏损质量为原子质量单位的多少倍?(2)释放出的能量是多少?解析:(1U裂变成Xe和Sr,同时放出中子n,裂变前后质量变化m=m前-m后=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-31.008 7) u=0.193 3 u,亏损质量为原子质量单位的0.193 3。(2)由爱因斯坦质能方程,得E=mc2=0.193 3931.5 MeV=180 MeV。答案:(1)0.193 3(2)180 MeV4.某型导弹核潜
13、艇水下最大航速为45节(1节=1.852 km/h)。核反应堆最大输出功率为4.5万千瓦,最大续航里程为20万海里(1海里=1.852 km)。假设1个U核裂变放出的能量是200 MeV,铀矿石含铀235的浓度是4%,求:(1)当核反应堆达到最大输出功率时,每秒有多少个铀235原子核发生裂变。(2)核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克。解析:(1)当核反应堆达到最大输出功率时,每秒发生裂变的铀235原子核数N=1.41018。(2)最大续航时间tm= h=1.6107 s,铀235的摩尔质量M=235 g/mol,设需装铀矿石的质量为m,由Pmtm=NE=NAE,得需装入铀矿石的质量m= g2.
14、2105 g=220 kg。答案:(1)1.41018(2)220 kg5.现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是U+nNd+Zr+n+e+(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Zr表示。(2)1 kg铀235的铀核个数为N=6.0210232.561024。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
