2019-2020学年高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变练习（含解析）新人教版选修3-5.docx

6 核裂变基础巩固1.(多选)在下列四个方程中,x1、x2、x3和x4各代表某种粒子,判断正确的是()92235U+01n3895Sr+54138Xe+3x112H+x223He+01n92238U90234Th+x31224Mg+24He1327Al+x4A.x1是中子B.x2是质子C.x3是粒子D.x4是氚核解析A项,根据核电荷数和质量数守恒可得x1的电荷数为0,质量数为1,因此确定x1为中子,A正确;B项,根据核电荷数和质量数守恒可得x2的电荷数为1,质量数为2,因此确定x2为氘核,B错误;C项,根据核电荷数和质量数守恒可得x3的电荷数为2,质量数为4,因此确定x3为粒子,C正确;D项,根据核电荷数和质量数守恒可得x4的电荷数为1,质量数为1,因此确定x4为质子,D错误。答案AC2.为使链式反应平稳进行,下列办法可行的是()A.铀块可制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C.通过慢化剂将产生的中子减速D.用镉棒作为慢化剂使中子减速解析由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积,故A错误;铀核裂变释放出的为快中子,不能直接用来轰击铀核,必须用慢化剂减速,而镉棒是用于控制中子数量的,故C正确,B、D错误。答案C3.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生的裂变反应。在众多的裂变反应中,有一种反应方程为92235U+01n56141Ba+3692Kr+aX,其中X为某种粒子,a为X的个数,则()A.X为中子,a=2B.X为中子,a=3C.X为质子,a=2D.X为质子,a=3解析由核反应前后的质量数守恒和电荷数守恒,可计算出a=3,且X为中子,故本题选B。答案B4.秦山核电站第三期工程中有两个6105 kW发电机组已实现并网发电。发电站的核能来源于92235U的裂变,下列说法正确的是()A.反应堆中核反应速度通常是采用调节92235U的体积来控制的B.92235U的一种可能裂变为92235U+01n54139Xe+3895Sr+201nC.92235U是天然放射性元素,升高温度后它的半衰期会缩短D.虽然核电站能提供很大的能量,但它对环境的污染比火电站严重解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制,A错;92235U裂变有多种可能性,这是其中常见的一种,B对;放射性元素的半衰期由原子核本身决定,与温度、压强等外界条件无关,C错;核电站的核能是清洁能源,污染少,D错。答案B5.裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核92235U为燃料的反应堆中,当92235U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:92235U235.043 9+01n1.008 754139Xe138.917 8+3894Sr93.915 43+01n反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位)。已知1 u的质量对应的能量为9.3102 MeV,此裂变反应释放出的能量是 MeV。解析E=mc2=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-31.008 7)9.3102 MeV179.8 MeV。答案179.86.现有的核电站常用的核反应之一是:92235U+01n60143Nd+Zr+301n+8-10e+v(1)核反应方程中的v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235.043 9 u,中子的质量为1.008 7u,钕(Nd)核的质量为142.909 8 u,锆核的质量为89.904 7 u,试计算1 kg铀235裂变释放的能量为多少?(已知1 u质量相当于931.5 MeV的能量,且1 u=1.660 610-27 kg)解析(1)锆的电荷数Z=92-60+8=40,质量数A=236-146=90。(2)1 kg铀235中铀核的个数为n=1235.043 91.660 610-272.561024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m=0.212 u,释放的能量为E=0.212931.5 MeV197.5 MeV则1 kg铀235完全裂变释放的能量为E=nE=2.561024197.5 MeV5.11026 MeV。答案(1)4090(2)8.11013 J7.一静止的92238U核经衰变成为90234Th,释放出的总动能为4.27 MeV。问此衰变后90234Th核的动能为多少 MeV(保留1位有效数字)?解析据题意知,此衰变的方程为92238U90234Th+24He根据动量定理得mv=mThvTh式中,m和mTh分别为粒子和Th核的质量,v和vTh分别为粒子和Th核的速度的大小,由题设条件知12mv2+12mThvTh2=EkmmTh=4234式中Ek=4.27 MeV是粒子与Th核的总动能。由式得12mThvTh2=mm+mThEk代入数据得,衰变后90234Th核的动能12mThvTh2=0.07 MeV答案0.07 MeV能力提升1.铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:92235U+01na+b+201n则a+b可能是()A.54140Xe+3693KrB.56141Ba+3692KrC.56141Ba+3893SrD.54140Xe+3894Sr解析根据核反应中的质量数守恒可知,a+b的质量数应为235+1-2=234,质子数应为92,A项中的质量数为140+93=233,B项中质量数是141+92=233,C项中质量数为141+93=234,质子数为56+38=94,D项中质量数为140+94=234,质子数为54+38=92,综上可知,答案为D。答案D2.下列说法正确的是()A.12C与14C是同位素,它们的化学性质并不相同B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力C.在裂变反应92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n中,92235U的结合能比56144Ba和3689Kr都大,但比结合能没有56144Ba或3689Kr大D.、三种射线都是带电粒子流解析同位素的核外电子数相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A错误;原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力,B错误;核子数越多其结合能也越大,所以92235U的结合能比56144Ba和3689Kr都大,但92235U的比结合能比56144Ba和3689Kr都小,C正确;射线、射线都是带电粒子流,而射线是电磁波,不带电,故D错误。答案C3.我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是()A.13H+12H24He+01nB.92235U+01n56141Ba+3692Kr+301nC.94238Pu95238Am+-10eD.1327Al+24He1530P+01n解析A是聚变反应,反应剧烈,不可人工控制;B是裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D是人工核反应,需要高能粒子。答案C4.(多选)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。92235U+01n56141Ba+3692Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X是某种粒子,a是X粒子的个数,用mU、mBa、mKr分别表示92235U、56141Ba、3692Kr核的质量,mX表示X粒子的质量,c为真空中的光速,以下说法正确的是()A.X为中子,a=2B.X为中子,a=3C.上述核反应中放出的核能E=(mU-mBa-mKr-2mX)c2D.上述核反应中放出的核能E=(mU-mBa-mKr-3mX)c2解析核反应中质量数守恒、电荷数守恒,则知92235U+01n56141Ba+3692Kr+aX中X为01n,a=3,故A错误,B正确。由E=mc2可得,E=(mU+mX-mBa-mKr-3mX)c2=(mU-mBa-mKr-2mX)c2,故C正确,D错误。答案BC5.(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,92235U是核电站常用的核燃料。92235U受一个中子轰击后裂变成56144Ba和3689Kr两部分,并产生个中子。要使链式反应发生,裂变物质的体积要(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。(2)取质子的质量mp=1.672 610-27 kg,中子的质量mn=1.674 910-27 kg,粒子的质量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s。请计算粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)解析(1)由质量数和电荷数守恒可知:92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n,可见产生了3个中子,链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。(2)根据爱因斯坦质能方程E=mc2,可求:E=(2mp+2mn-m)c2=4.310-12 J。答案(1)3大于(2)4.310-12 J6.静止的铀238(92238U)经历一次衰变成为Th原子核,同时放出一个光子(频率为),已知粒子的质量为m。(普朗克常量为h,光速为c)(1)写出衰变方程。(2)若衰变后,粒子的速度为v,而Th原子核的运动方向恰好与粒子的速度方向相反,不考虑光子的动量,那么Th原子核的速度为多大?(3)如果核反应放出的能量全部转化为粒子的动能和光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损m为多大?解析(1)由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为92238U90234Th+24He。(2)设Th核的反冲速度为v0,由动量守恒定律得0=1172mv0-mv解得v0=2117v。(3)由能量守恒定律有12mv2+121172m2v1172+h=mc2解得m=119mv2234c2+hc2。答案(1)92238U90234Th+24He(2)2117v(3)119mv2234c2+hc2