高中物理教科版5第三章原子核 学业分层测评12第3章5核裂变

学业分层测评(十二)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的质子数较裂变前重核的质子数不变B．含有的中子数较裂变前重核的中子数不变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E．含有的中子数较裂变前重核的中子数少【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A、E正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误．【答案】ADE2．(2023·长沙一中检测)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是()\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋10eq\o\al(1,0)n\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He\o\al(137,55)Cs→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,－1)e【解析】选项A中，质量数不守恒，选项E中，电荷数不守恒，故A、E错误；核辐射是放出α、β、γ三种射线，选项B为α衰变，放出α射线，选项C、D为β衰变，放出β射线，故B、C、D正确．【答案】BCD3．铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是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)n.下列说法正确的有()【导学号：11010050】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E．铀块体积必须大于临界体积，才能发生链式反应【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的eq\o\al(1,0)n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C、E正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．【答案】ACE4．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E．若能发生链式反应，中子数迅速增加，几秒之内即可释放出巨大的核能【解析】铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出几个中子．铀235被中子轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子才能发生裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，必须使铀块的体积大于临界体积．故选项B、C正确，A、D错误；若能发生链式反应，中子数迅速增加，铀核裂变快速进行，快速释放巨大的核能，为不可控核反应，E正确．【答案】BCE5．2023年以前我国将新增投产2300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是()A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭C．在经济效益方面核电与火电不相上下D．核电站没有任何污染E．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理【解析】核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，核燃量提供的能量远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错，E项正确．【答案】ACE6．我国秦山核电站第三期工程中有两组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，现有五种说法，其中正确的是()\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个中子\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)n\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D．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合×10－11JE．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合×10－17J【解析】由eq\o\al(235,92)U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200MeV＝200×106××10－19J＝×10－11J，所以D正确，E错误．【答案】ABD7．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9u，中子的质量为7u，锶90的质量为7u，氙136的质量为2u，则此核反应中质量亏损Δm＝________u，释放的核能ΔE＝________MeV.【导学号：11010051】【解析】质量亏损Δm＝9u＋7u－2u－7u－10×7u＝7u，由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝7uc2＝7×MeV＝1MeV.【答案】8．落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量．原子弹放出的能量约×1013J，试问有多少个eq\o\al(235,92)U原子核进行分裂？该原子弹中含eq\o\al(235,92)U的质量最小限度为多少千克？(一个eq\o\al(235,92)U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV)【解析】一个eq\o\al(235,92)U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV＝200×106eV＝×108××10－19J＝×10－11J.设共有n个eq\o\al(235,92)U核发生裂变：n＝eq\f×1013,×10－11)个≈×1024个，铀的质量m＝235×10－3×eq\f×1024,×1023)kg≈kg.【答案】×1024个kg[能力提升]9．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图3­5­2所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()图3­5­2A．由图可知，原子核D和E结合成原子核F时会有质量亏损B．由图可知，原子核D和E结合成原子核F时会有质量亏损，要放出核能C．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能D．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要吸收能量E．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误，B正确；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，C正确，D错误；镉棒可以吸收中子，在反应堆中能控制反应速度，E正确．【答案】BCE10．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．图3­5­3结合图3­5­3甲可知，安全壳应当选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ\o\al(235,92)U受中子轰击时会发生裂变，产生eq\o\al(139,56)Ba和eq\o\al(94,36)Kr，同时放出200MeV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？(阿伏伽德罗常数取×1023mol－1)【解析】每天发电的总量E＝24××103×5×108J＝×1013J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n＝eq\f×1013,2×108××10－19)＝×1024(个)．则对应的质量m＝eq\f(n,NA)·μ＝eq\f×1024,×1023)×235×10－3kg＝kg.【答案】kg12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.【导学号：11010052】(1)核反应方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，eq\o\al(1,0)n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？(2)有一座发电能力为P＝×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝×10－11J，核的质量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的质量．【解析】(1)由反应方程可知：X为eq\o\al(1,0)n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗eq