高中物理選修5同步練習(xí)試題解析：9.6

PAGEPAGE7高中物理選修3-5同步練習(xí)試題解析重核的裂變1．下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.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)eD.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：重核的裂變是指重核在中子的轟擊下分裂成中等質(zhì)量原子核的核反應(yīng)，故B正確。答案：B2．關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是()A．鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B．鈾核裂變時還能同時釋放2—3個中子C．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾235D．鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響解析：鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個中子的情況。鈾235受慢中子的轟擊時，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1MeV以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小。而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積，故上述選項B、C正確。答案：B、C3．關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B．中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能解析：根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。因其釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時吸收的能量。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積。如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會減小的，如eq\o\al(235,92)U裂變?yōu)閑q\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(136,54)Xe的核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為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，其中各粒子質(zhì)量分別為mU＝235.0439u，mn＝1.00867u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。質(zhì)量虧損為Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.1510u可見鈾核裂變的質(zhì)量虧損是遠(yuǎn)小于一個核子的質(zhì)量的，核子數(shù)是不會減少的，因此選項A、B、C均錯。重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于平均質(zhì)量減小，還會再發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能。綜上所述，選項D正確。答案：D4．利用重核裂變釋放核能時選用鈾235，主要因為()A．它比較容易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B．能自動裂變，與體積無關(guān)C．鈾核比較容易分裂成為三部分或四部分，因而放出更多的核能D．鈾235價格比較便宜，而且它裂變時放出的核能比其他重核裂變時放出的核能要多解析：鈾235容易俘獲慢中子發(fā)生裂變，而鈾238只有俘獲能量在1MeV以上的中子才能發(fā)生裂變。鈾核在發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時，鈾塊體積必須超過其臨界體積，故僅A選項正確。答案：A5．原子反應(yīng)堆是實現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要有哪四部分組成()A．原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B．原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C．原子燃料、慢化劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)D．原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)答案：A6．山東榮成石島灣核電站總裝機規(guī)模400萬千瓦。核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢在于()A．核燃料釋放出的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量B．就可采儲量來說，地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭C．核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電能力的火電站D．核電站比火電站更容易建造解析：核電站與火電站相比，相等質(zhì)量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可開采核礦石儲量所能提供的能量約為煤、石油的15倍，只要措施得當(dāng)，核電站造成的污染很小，核能屬于清潔能源，A、B、C均正確；核電站的建造難度較大，D錯誤。答案：A、B、C7．在核反應(yīng)方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋kX中()A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是質(zhì)子，k＝9 D．X是質(zhì)子，k＝10解析：核反應(yīng)方程應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，在題目所給核反應(yīng)中，設(shè)X的質(zhì)子數(shù)為x，則核反應(yīng)方程的左邊質(zhì)子數(shù)為92＋0＝92，右邊質(zhì)子數(shù)為38＋54＋x＝92，x＝0，X的質(zhì)子數(shù)為0，所以X為中子，左邊質(zhì)量數(shù)為235＋1＝236，右邊質(zhì)量數(shù)為90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的數(shù)值為10。答案：B8．一個eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程式為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，則下列敘述正確的是()A．X原子核中含有86個中子B．X原子核中含有141個核子C．因為裂變時釋放能量，根據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D．因為裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減少解析：X原子核中的核子數(shù)為(235＋1)－(94＋2)＝140個，B錯誤；中子數(shù)為140－(92－38)＝86個，A正確；裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，C、D錯。答案：A9．人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程。請按要求回答下列問題。(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績。①_______________________________________________________________________。②_______________________________________________________________________。在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，圖18－1為三種射線在同一磁場中的運動軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途。________________________________________________________________________。圖18－1(2)在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作慢化劑。中子在重水中可與eq\o\al(2,1)H核碰撞減速，在石墨中與eq\o\al(12,6)C核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作慢化劑，哪種減速效果更好？解析：(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型(或其他成就)查德威克發(fā)現(xiàn)了中子(或其他成就)射線2為γ射線，穿透力強，可用于金屬探傷(或其他答案合理即可)(2)設(shè)中子質(zhì)量為mn，靶核質(zhì)量為m，由動量守恒定律：mnv0＝mnv1＋mv2由能量守恒：eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)解得：v1＝eq\f(mn－m,mn＋m)v0在重水中靶核質(zhì)量：mH＝2mn，v1H＝eq\f(mn－mH,mn＋mH)v0＝－eq\f(1,3)v0在石墨中靶核質(zhì)量：mC＝12mn，v1C＝eq\f(mn－mC,mn＋mC)v0＝－eq\f(11,13)v0與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好。答案：(1)盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型玻爾把量子理論引入原子模型查德威克發(fā)現(xiàn)中子玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜(或其他成就)(2)重水10．裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核eq\o\al(235,92)U為燃料的反應(yīng)堆中，eq\o\al(235,92)U俘獲一個慢中子后發(fā)生裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種方式可表示為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n235．04391.0087138.917893.9154反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核靜止時的質(zhì)量(以原子核質(zhì)量u為單位)，已知1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為931MeV，則該反應(yīng)放出多少MeV的能量？解析：裂變前后的質(zhì)量虧損是Δm＝(235.0439＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087)u＝0.1933u，放出的能量ΔE＝Δm×931MeV≈1.8×102MeV。答案：1.8×10211.eq\o\al(235,92)U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr，同時放出200兆電子伏特的能量?，F(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料。假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023個/摩爾)解析：核電站每一天的發(fā)電量為：E＝Pt＝50×104×103×24×3600J＝4.32×1013J。據(jù)題意知，核電站一天的發(fā)電量就等于發(fā)電站在一天時間內(nèi)鈾235裂變所釋放的總能量，故核電站每天所消耗的鈾235核的個數(shù)為：n＝eq\f(E,200×106×1.6×10－19)＝eq\f(4.32×1013,3.2×10－11)個＝1.35×1024個。故發(fā)電站每一天需要的純鈾235的質(zhì)量為：m＝eq\f(n,NA)·M＝eq\f(1.35×1024,6.02×1023)×235×10－3kg＝0.527kg。答案：0.527kg12．在原子反應(yīng)堆中，用石墨(碳)作慢化劑使快中子減速。已知碳核的質(zhì)量是中子的12倍，假設(shè)中子與碳核的碰撞是彈性的(即碰撞中不損失動能)，而且碰撞前碳核是靜止的。試求：(1)設(shè)碰撞前中子的動能為E0，問經(jīng)過一次碰撞后，中子的動能損失多少？(2)至少經(jīng)過多少次碰撞，中子的動能才能少于10－6E0？(lg13＝1.114，lg11＝1.0411)解析：(1)設(shè)中子的質(zhì)量為m，速度為v0，碳核的質(zhì)量為M，碰撞后中子、碳核的速度分別為v1、v，則mv0＝mv1＋Mv①eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)Mv2②由①②解得：v1＝－eq\f(11,13)v0碰撞一次，中子損失的動能為ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2))＝eq\f(48,169)E0(2)中子與碳核第一次碰撞后剩余的動能E1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(11,13)v0))2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2E0同理，經(jīng)第二次碰撞后，中子剩余的動能E2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)v1))2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2×2E0第n次碰撞后，中子剩余的動能En＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)vn－1))2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2nE0＝10－6E0有eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2nE0＝10－6E0即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(11,13)))2n＝10－6兩邊取對數(shù)得：2n(lg11－lg13)＝－6即：2n(1.0411－1.114)＝－6得n＝41.2次故至少要碰撞42次，中子的動能才能少于10－6E0。答案：(1)eq\f(48,169)E0(2)42次13．某核反應(yīng)堆每小時消耗濃縮鈾(鈾235的含量占5%)200g，假定每個鈾核裂變時釋放的能量是200MeV，核反應(yīng)堆的效率為90%，求該核反應(yīng)堆的輸出功率。解析：200g濃縮鈾中鈾235的含量為m＝200g×5%＝10g，則10g鈾235中含有的原子數(shù)為n＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(10,235)×6