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

PAGEPAGE4核裂变时间：45分钟一、选择题(1～7题为单选，8～9题为多选)1.eq\o\al(235,92)U汲取一个慢中子后，分裂成eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)Sr，还放出(C)A．1个α粒子B．3个中子C．10个中子D．10个质子解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满意质量数守恒和电荷数守恒．由题意可知eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(235＋1＝136＋90＋x，,92＝54＋38＋y，))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝10，,y＝0.))由此判定该核反应放出的肯定是中子，且个数是10，选项C正确．2．中国承诺到2024年碳排放量下降40%～45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目．目前关于核电站获得核能的基本核反应方程可能是(A)A.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n B.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H D.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发觉质子的反应，D是α衰变．3．2024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，下列说法错误的是(B)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前不后D．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特别处理解析：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；就可采储量所供应的能量来说，核燃料远大于煤炭所能供应的能量，而不是采储量，B项错误；在经济效益方面核电与火电不前不后，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，要做特别处理，D正确．4．下列核反应中，表示核裂变的是(B)A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He B.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)nC.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e D.eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n解析：重核的裂变是指重核在中子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应，故B正确．5．铀核裂变的一种方式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋eq\o\al(90,40)Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8X，该反应式中的X是(C)A．α粒子 B．质子C．负电子 D．正电子解析：依据质量数和电荷数守恒得：反应式中的X质量数为235＋1－143－90－3＝0，而电荷数为eq\f(92－60－40,8)＝－1，故此粒子是电子，即为eq\o\al(0,－1)e，故C正确．6．一个eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是(A)A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，依据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数削减解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140(个)，B错误．中子数为140－(92－38)＝86(个)，A正确．裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．7.如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是(B)A．铀235简单汲取快中子后发生裂变反应B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量削减，变成慢中子，慢中子简单被铀235俘获而引起裂变反应C．限制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使限制棒插入浅一些，让它少汲取一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使限制棒插入深一些，使大量快中子碰撞限制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些解析：快中子简单与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量削减，变成慢中子，慢中子简单被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；限制棒由镉做成，镉汲取中子的实力很强，当反应过于激烈时，使限制棒插入深一些，让它多汲取一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误．8．下列说法正确的是(BD)A．铀238发生α衰变成钍234时，α粒子与钍234的质量之和等于铀238的质量B．铀238发生α衰变成钍234时，α粒子与钍234的结合能之和肯定大于铀238的结合能C．β衰变中释放的β射线是原子核外电子摆脱原子核的束缚形成的高速电子流D．核反应方程14N＋eq\o\al(4,2)He→17O＋X中，X是质子且反应过程中系统动量守恒解析：衰变的过程中有质量亏损，即衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故A错误；结合能越大越稳定，衰变后的产物相对于衰变前要稳定，所以铀核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和肯定大于铀核的结合能，故B正确；β衰变释放的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；依据质量数守恒和电荷数守恒得核反应方程是eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，因系统合外力为零，则系统动量守恒，故D正确．9．关于重核的裂变，以下说法正确的是(CD)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．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能解析：重核裂变过程出现质量亏损，放出核能，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时汲取的能量，A错误，D正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必需大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．二、非选择题10．每昼夜消耗220g铀235的原子能发电站，假如效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200MeV)答案：5.2×107W解析：一昼夜消耗的铀所能产生的核能为：ΔE＝200×eq\f(220,235)×6.02×1023×106×1.6×10－19J≈1.8×1013J电功率P＝ηeq\f(ΔE,t)＝eq\f(1.80×1013×25%,24×3600)W≈5.2×107W.11．在全部能源中，核能具有能量大、地区适应性强的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能．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．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＋3eq\o\al(1,0)n是反应堆中发生的很多核反应中的一种，有一座发电实力为P＝1.00×106kW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是上述核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，eq\o\al(235,92)U核的质量MU＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的质量．答案：1.10×103kg解析：设一年消耗的eq\o\al(235,92)U的质量为x千克，则消耗的核能为E核＝eq\f(x,MU)·ΔE，一年中产生的电能为E电，则E电＝Pt(t为一年时间)由题意知E电＝E核·η，则E核＝eq\f(E电,η)故eq\f(x,MU)·ΔE＝eq\f(Pt,η)，所以x＝eq\f(PtMU,ηΔE)≈1.10×103kg.12．钚的同位素离子eq\o\al(239,94)Pu发生α衰变后生成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09MeV的光子．从静止的钚核中放出的粒子在垂直通过正交的匀强电场和匀强磁场时做匀速直线运动．已知匀强电场的电场强度为E＝2.22×104N/C，匀强磁场的磁感应强度为B＝2.00×10－4T．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中的光速为c＝3×108m/s，电子电荷量为e＝1.6×10－19C)(1)写出该核反应方程式．(2)求该光子的波长．(3)求放出的粒子的速度大小．(4)若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比．答案：(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He(2)1.38×10－11m(3)1.11×108m/s(4)235∶4解析：(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He.(2)由E＝hν，λ＝c/ν，得λ＝