高中物理 第4章 波与粒子 第2节 核裂变学业分层测评 鲁科版选修3-5

第2节 核裂变 (建议用时：45分钟)学业达标1当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A含有的质子数较裂变前重核的质子数不变B含有的中子数较裂变前重核的中子数不变C裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D可能是多种形式的两个核的组合E含有的中子数较裂变前重核的中子数少【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放23个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A、E正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误【答案】ADE2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，但不一定发生链式反应C重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小 D重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能E重核裂变虽释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但仍然满足质量数守恒【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，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释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，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质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、C错误，B、E正确；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，选项D正确【答案】BDE3铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是UnBaKr3n.下列说法正确的有()A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响E铀块体积必须大于临界体积，才能发生链式反应【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题裂变反应式中的n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C、E正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误【答案】ACE4关于铀核裂变，下列说法正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B铀核裂变还能同时释放23个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D铀块的体积对产生链式反应无影响E若能发生链式反应，中子数迅速增加，几秒之内即可释放出巨大的核能【解析】铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出几个中子铀235被中子轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能发生裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，必须使铀块的体积大于临界体积故选项B、C正确，A、D错误；若能发生链式反应，中子数迅速增加，铀核裂变快速进行，快速释放巨大的核能，为不可控核反应，E正确【答案】BCE52020年以前我国将新增投产2 300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是()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相上下D核电站没有任何污染E核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理【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；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，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，要做特殊处理，D项错误，E项正确【答案】ACE6我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是()A.U原子核中有92个质子，143个中子B.U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为UnXeSr2nC.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.21011 JE一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.21017 J【解析】由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV2001061.61019 J3.21011 J，所以D正确，E错误【答案】ABD7下面是铀核裂变反应中的一个：UnXeSr10n.已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损m_u，释放的核能E_MeV. 【导学号：18850053】【解析】质量亏损m235.0439 u1.0087 u135.9072 u89.9077 u101.0087 u0.1507 u由Emc2可求得释放的核能E0.1507 uc20.1507931.5 MeV140.3771 MeV.【答案】0.1507140.37718落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量原子弹放出的能量约8.41013 J，试问有多少个U原子核进行分裂？该原子弹中含U的质量最小限度为多少千克？(一个U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV)【解析】一个U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV200106 eV2.01081.61019 J3.21011 J.设共有n个U核发生裂变：n个2.61024个，铀的质量m235103kg1.015 kg.【答案】2.61024个1.015 kg能力提升9人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图421所示的关系下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()图421A由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C由原子核A裂变成原子核B和C时要吸收能量D在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度E在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，B正确、C错误；镉棒可以吸收中子，在反应堆中能控制反应速度，D正确；在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏，E正确【答案】BDE10.U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV的能量，现要建设发电能力是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被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.021023 mol1)【解析】每天发电的总量E243.61035108 J4.321013 J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n1.351024(个)则对应的质量m235103 kg0.527 kg.【答案】0.572 kg11在所有能源中，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92Un56BaKraX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，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92U、56Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能E是多少？(2)有一座发电能力为P1.00106 kW的核电站，核能转化为电能的效率40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能E2.781011 J，核的质量mU3901027 kg，求每年(1年3.15107 s)消耗的92U的质量【解析】(1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为E(mUmBamKr2mn)c2.(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗U的功率为P kW2.5106 kW，电站每年消耗235U的能量为WPt2.51093.15107 J7.8751016 J.每年消耗U的质量为MmU kg1 105 kg.【答案】(1)n3(mUmBamKr2mn)c2(2)1 105 kg