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

PAGE1-核裂变[A组素养达标]1．(多选)2016年8月12日，海南昌江核电项目一期工程全面建成投产．核电站与火电站相比较，其优势有()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，地球上核燃料所能供应的能量远多于煤炭所能供应的能量C．核电站造成的污染远小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：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很多，地球上可采核燃料所能供应的能量远多于煤炭所能供应的能量，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、C正确；核电站的建立难度较大，D错误．答案：ABC2．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使裂变的链式反应简单发生，最好干脆利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关解析：要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必需大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能干脆引发新的裂变．由此知A、B、D错误，C正确．答案：C3．在核反应中，限制铀235核裂变反应速度的方法是()A．运用浓缩铀B．变更铀块的临界体积C．通过自动限制装置变更镉棒插入的深度，以变更中子数D．利用石墨与中子的碰撞，来变更中子的速度解析：限制核反应堆中核反应的速度是靠调整中子数来实现的．答案：C4．下列核反应中，表示核裂变的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eC.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)nD.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：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰变，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰变，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是人工转变，只有C选项是重核裂变．答案：C5.eq\o\al(235,92)U汲取一个慢中子后，分裂成eq\o\al(139,54)Xe和eq\o\al(94,38)Sr，同时还放出()A．三个α粒子 B．一个氘核C．三个中子 D．两个中子解析：该裂变反应的方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(3,0)Y，放出的粒子eq\o\al(3,0)Y只能是3个中子，故C正确．答案：C6．1个铀235汲取1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：1g纯铀235有eq\f(1,235)×NA个铀235的原子核，因此1g纯铀汲取中子完全发生核反应，可以放出的能量为eq\f(NA,235)×196MeV，即D正确，A、B、C错误．答案：D7．一个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．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：由质量数和电荷数守恒可知，X原子核的质量数(即核子数)为140，电荷数(即质子数)为54，由中子数＝核子数－质子数，可知其中子数为86，故A选项正确，B项错误；核裂变时释放能量，有质量亏损，但总质量数不变，故C、D均错误．答案：A8．核反应堆的功率为104kW,1h消耗燃料8.75g，已知每个铀235裂变时放出2×108eV的能量，求该燃料中铀235的质量百分比．解析：该反应堆每小时输出的能量为E＝Pt＝107×3600J＝3.6×1010J设放出这些能量消耗的纯铀235的质量为mg，则E＝eq\f(m,235)×6.02×1023×2×108×1.6×10－19J≈8.2×1010则纯铀235的质量m＝eq\f(3.6×1010,8.2×1010)g≈0.439g该燃料中铀235的质量百分比是eq\f(0.439,8.75)≈0.05＝5%.答案：5%[B组素养提升]9．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲实力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是()A．铀238的衰变方程式为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(235,92)U和eq\o\al(238,92)U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．贫铀弹的穿甲实力很强，也是因为它的放射性解析：铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．贫铀弹的穿甲实力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，攻击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误．答案：D10．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eq\o\al(235,92)U的裂变，现有四种说法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个中子；②eq\o\al(235,92)U的一种可能裂变为两个中等质量的原子核，反应方程式为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；③eq\o\al(235,92)U是自然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，上升温度半衰期会缩短；④一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J.以上说法中完全正确的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：由eq\o\al(235,92)U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确．故答案为D.答案：D11．现有的核电站常用的核反应之一是：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(ν).(1)核反应方程中的eq\x\to(ν)是反中微子，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)已知铀核的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，钕(Nd)核的质量为142.9098u，锆(Zr)核的质量为89.9047u，试计算1kg铀235裂变释放的能量为多少？(1u＝1.6606×10－27kg解析：(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.核反应方程中用符号eq\o\al(90,40)Zr表示．(2)1kg铀235中铀核的个数为n＝eq\f(1,235.0439×1.6606×10－27)≈2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212u，释放的能量为ΔE＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV则1kg铀235完全裂变释放的能量为E＝nΔE＝2.56×1024×197.5MeV≈8.1×1013J.答案：(1)4090(2)8.1×1013J[C组学霸冲刺]12．在各种能源中，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．(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是反应堆中发生的很多核反应中的一种，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为光在真空中的传播速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________.(2)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为(1)中的核反应，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．解析：(1)铀235裂变除生成eq\o\al(141,56)Ba和eq\o\al(92,36)Kr外，还产生适当数目的中子，即式中的X为中子．由电荷数和质量数守恒得产生的中子的个数为a＝235＋1－141－92＝3.反应过程中的质量亏损Δm＝mU