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鲁科版(2019)高中物理(选择)必修第三册5.4核裂变和聚变同步练习一、单选题1.由原子核的衰变规律可知()A.放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B.放射性元素发生β衰变时,新核的化学性质不变C.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1二、解答题2.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核,已知氘核质量mD=2.0136u,氦核质量mHe=3.0150u,中子质量mn=1.0087u。(1)计算释放出的结合能;(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35MeV,它们正撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转变为动能,则反应产生的氦核和中子的动能各为多大?3.一静止的氡核Rn发生α衰变转变成钋核Po,已知放出的α粒子的质量为m,速度为v0.假设氡核发生衰变时,释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能.(1)试写出氡核衰变的核反应方程.(2)求出氡核发生衰变时的质量亏损.(已知光在真空中的速度为c)4.用一个中子轰击U,可发生裂变反应生成Ba和Kr,已知U的质量为235.0439u,Ba的质量为140.9139u,Kr的质量为91.8973u,中子质量为1.0087u,1u相当于931Mev,阿伏伽德罗常数NA=6.02×10²³mol1,(1)请写出裂变中的核反应方程,(2)求一个U在裂变反应中释放的核能(3)1克U全部反应释放的能量为多少?5.静止的锂核()俘获一个速度为7.7×106m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核(),它的速度大小是8.0×106m/s,方向与反应前的中子速度方向相同。①写出此核反应的方程式;②求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向;③此反应过程中是否发生了质量亏损,说明依据。6.科学家们研究出了一种能使铀238变成高效燃料,从而使核燃料越烧越多的“魔炉”——快中子增殖反应堆、该型反应堆中使用的核燃料是钚239,它裂变并释放出快中子,被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239,铀239极不稳定,经过两次β衰变后变成钚239。请据此回答下列问题。(1)请解释快中子增殖反应堆燃料增殖的秘密。(2)根据材料中提供的信息,写出相关的核反应方程,并指明核反应类型。7.一个镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核,已知镭核226质量为226.0254u,氡核222质量为222.0163u,放出粒子的质量为4.0026u,1u相当于931.5MeV的能量。(1)写出核反应方程;(2)求镭核衰变放出的能量。(结果保留3位有效数字)8.海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能.两个氘核的核反应为,其中氘核的质量为2.0136u,氦核的质量为3.0150u,中子的质量为1.0087u.1u相当于931.5MeV的能量.求:(1)核反应中释放的核能;(结果保留两位小数)(2)在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.(结果保留两位小数)参考答案试题解析1.C【解析】一次衰变不可能同时产生α射线和β射线,只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线;原子核发生衰变后,新核的核电荷数发生了变化,故新核(新的物质)的化学性质应发生改变;发生正电子衰变,新核质量数不变,核电荷数减少1.故选C.2.(1)3.26MeV;(2)EkHe=0.99MeV,Ekn=2.97MeV【解析】(1)核反应方程为12H+12H→01n+13He设反应质量亏损Δm=2mD-mHe-mn=0.0035u由质能方程得释放核能ΔE=Δm×931.5MeV=0.0035×931.5MeV=3.26MeV(2)将两氘核作为一个系统,由动量守恒有0=mHevHe+mnvn由能量守恒有mHevHe2+mnvn2=ΔE+2Ek0代入数据可得EkHe=0.99MeVEkn=2.97MeV3.(1)Rn→Po+He.;(2)【解析】(1)衰变的核反应方程:Rn→Po+He.(2)由动量守恒定律:0=mv0-Mv其中由.得4.(1);(2)△E=2×102MeV;(3)1Kg铀235完全裂变时释放的能量E=5.18×1023MeV【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为:;(2)反应前后质量亏损为:△m=0.2153u根据根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2可以求出释放能量为:△E=△mc2=0.2153×931MeV=2×102MeV(3)1g铀235的摩尔数为n=≈4.3×10﹣3;1g铀235个数为N=4.3×10﹣3×6.02×1023=2.59×1021个;因此1g铀235完全裂变时释放的能量E=2.59×1021×2×102MeV=5.18×1023MeV5.①;②,方向与反应前中子的速度方向相反;③见解析。【解析】①根据电荷数守恒、质量数守恒可知②设中子()、氦核()和氚核()的质量分别为m1、m2、m3,速度分别为v1、v2、v3,由动量守恒定律得解得即方向与反应前中子的速度方向相反。③反应前的总动能反应后的总动能代入数据可知,反应中发生了质量亏损。6.(1)见解析;(2)见解析。【解析】(1)钚239裂变并释放出快中子,被装在反应区周围的铀238吸收后变成铀239,铀239极不稳定,经过两次β衰变后变成钚239。这样的过程周而复始,从而使核燃料越烧越多。(2)钚239裂变的核反应方程铀238吸收中子的核反应方程(原子核的人工转变)铀239经过两次β衰变后变成钚2397.(1);(2)6.05MeV【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为:(2)该核反应中质量亏损为根据爱因斯坦质能方程得8.(1)3.26MeV(2)2.97MeV
0.99MeV【解析】(1)先求出核反应中质量亏损,再由爱因斯坦质能方程,求出核反应中释放的核能;(2)两氘核对心碰撞过程,遵守动量守恒和能量守恒根据动量守恒和能量守恒列方程求解;【详解】(1)质量亏
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