2024-2025学年高中物理第十九章原子核6核裂变课时作业含解析新人教版选修3-5

PAGE5-核裂变(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每题5分，共20分)1.原子反应堆是实现可限制的重核裂变的一种装置，它主要由哪四部分组成()A.原子燃料、减速剂、冷却系统、限制调整系统B.原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统C.原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统D.原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统【解析】选A。原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必需运用减速剂(如石墨、重水、一般水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量削减，变成慢中子；限制调整系统是用于调整中子的数目以限制反应速度，它是由镉做成的置放在铀棒之间的一些限制棒及计算机调整系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流淌，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证平安。2.关于重核的裂变，以下说法正确的是()A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B.中子从铀块中通过时，肯定发生链式反应C.重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数削减D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变成中等质量的核时，要产生质量亏损，放出核能【解析】选D。依据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而其释放的能量是远大于其俘获中子时汲取的能量的。链式反应是有条件的，即铀块的体积必需大于其临界体积。假如体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生。在裂变反应中核子数是不会削减的，因此A、B、C错误。重核裂变为中等质量的原子核时，由于核子平均质量减小，会发生质量亏损，从而释放出核能。综上所述，D正确。3.(多选)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，现有四种说法正确的是 ()A.U原子核中有92个质子，143个中子BU的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为UnXeSr+nCU是自然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，上升温度半衰期缩短。D.一个U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10-11J【解析】选A、B、DU有核子数235个，质子数92个，中子数为235-92=143个，A正确；裂变反应式满意质量数、电荷数守恒，B正确；半衰期与温度无关，C错误；依据爱因斯坦质能方程知D正确。4.(多选)下面是铀核裂变反应中的一个UnXeSr+1n。已知铀235的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中()A.质量亏损为Δm=235.0439u+1.0087u-89.9077u-135.9072uB.质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)uC.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×(3×108)2JD.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×931.5MeV【解析】选B、D。计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错误，B对；质量单位为“u”时，可干脆用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对；当质量单位为“kg”时干脆乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错误。二、非选择题(12分)5.朝鲜一共进行了六次被证明的核试验，韩美情报部门通过氙(Xe)和氪(Kr)等放射性气体，推断出朝鲜运用的核原料是铀(U)还是钚(Pu)，若该试验的核原料是U，则(1)完成核反应方程式UnSrXe+_____。

(2)本次核试验释放的能量相当于7000吨TNT当量，已知铀核的质量为m1、中子的质量为m2、锶(Sr)核的质量为m3、氙(Xe)核的质量为m4，光速为c，则一个U原子裂变释放的能量ΔE=_______。

【解题指南】(1)依据反应前后的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程。(2)依据该反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能。【解析】(1)依据电荷数守恒、质量数守恒得UnSrXe+1n(2)由ΔE=Δmc2得ΔE=(m1-m3-m4-9m2)c答案：(1)1n(2)(m1-m3-m4-9m2)c2【补偿训练】一个铀235汲取一个中子发生核反应时大约放出196MeV的能量，则1g纯U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数A.NA×196MeV B.235NA×196MeVC.235×196MeV D.×196MeV【解析】选D。由于1mol的铀核质量为235g，1g铀235的摩尔数为，因此1g铀235释放的能量E=×196【实力挑战区】6.(6分)(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。核电站与火电站相比较，其优势在于 ()A.核燃料释放出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多于煤炭C.核电站造成的污染大于相等发电实力的火电站D.核电站比火电站更简单建立【解析】选A、B。核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大许多，地球上可开采核矿石储量所能供应的能量约为煤、石油的15倍，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、B均正确，C错误；核电站的建立难度较大，D错误。7.(12分U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200MeV的能量。现要建设发电实力是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用来发电，那么一天须要纯铀235的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol-1)【解析】核电站一天的发电量为E=Pt=50×104×103×24×3600J=4.32×1013J据题意知，核电站一天的发电量就等于核电站在一天内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为：n===1.35×1024(个)。故核电站一天须要的纯铀235的质量为：m=·M=×235×10-3kg=0.527kg。答案：0.527kg【补偿训练】一个静止的铀核U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.0287u)。u为原子质量单位。该核衰变反应方程式为_______；

该反应中的质量亏损为_____u；释放的核能为_______MeV。