2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核6核裂變課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE1-核裂變[A組素養(yǎng)達(dá)標(biāo)]1．(多選)2016年8月12日，海南昌江核電項(xiàng)目一期工程全面建成投產(chǎn)．核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢(shì)有()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(chǔ)量來說，地球上核燃料所能供應(yīng)的能量遠(yuǎn)多于煤炭所能供應(yīng)的能量C．核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電實(shí)力的火電站D．核電站比火電站更簡(jiǎn)單建立解析：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，地球上可采核燃料所能供應(yīng)的能量遠(yuǎn)多于煤炭所能供應(yīng)的能量，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正確；核電站的建立難度較大，D錯(cuò)誤．答案：ABC2．鈾核裂變時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法中正確的是()A．鈾塊的質(zhì)量是重要因素，與體積無關(guān)B．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)簡(jiǎn)單發(fā)生，最好干脆利用裂變時(shí)產(chǎn)生的中子C．若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D．能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)解析：要使鈾核裂變產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必需大于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，只要組成鈾塊的體積小于臨界體積或質(zhì)量小于臨界質(zhì)量就不會(huì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能干脆引發(fā)新的裂變．由此知A、B、D錯(cuò)誤，C正確．答案：C3．在核反應(yīng)中，限制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是()A．運(yùn)用濃縮鈾B．變更鈾塊的臨界體積C．通過自動(dòng)限制裝置變更鎘棒插入的深度，以變更中子數(shù)D．利用石墨與中子的碰撞，來變更中子的速度解析：限制核反應(yīng)堆中核反應(yīng)的速度是靠調(diào)整中子數(shù)來實(shí)現(xiàn)的．答案：C4．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(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衰變，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項(xiàng)是重核裂變．答案：C5.eq\o\al(235,92)U汲取一個(gè)慢中子后，分裂成eq\o\al(139,54)Xe和eq\o\al(94,38)Sr，同時(shí)還放出()A．三個(gè)α粒子 B．一個(gè)氘核C．三個(gè)中子 D．兩個(gè)中子解析：該裂變反應(yīng)的方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(3,0)Y，放出的粒子eq\o\al(3,0)Y只能是3個(gè)中子，故C正確．答案：C6．1個(gè)鈾235汲取1個(gè)中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出196MeV的能量，則1g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為(NA為阿伏加德羅常數(shù))()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：1g純鈾235有eq\f(1,235)×NA個(gè)鈾235的原子核，因此1g純鈾汲取中子完全發(fā)生核反應(yīng)，可以放出的能量為eq\f(NA,235)×196MeV，即D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：D7．一個(gè)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(gè)中子B．X原子核中含有141個(gè)核子C．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，依據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)削減解析：由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X原子核的質(zhì)量數(shù)(即核子數(shù))為140，電荷數(shù)(即質(zhì)子數(shù))為54，由中子數(shù)＝核子數(shù)－質(zhì)子數(shù)，可知其中子數(shù)為86，故A選項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；核裂變時(shí)釋放能量，有質(zhì)量虧損，但總質(zhì)量數(shù)不變，故C、D均錯(cuò)誤．答案：A8．核反應(yīng)堆的功率為104kW,1h消耗燃料8.75g，已知每個(gè)鈾235裂變時(shí)放出2×108eV的能量，求該燃料中鈾235的質(zhì)量百分比．解析：該反應(yīng)堆每小時(shí)輸出的能量為E＝Pt＝107×3600J＝3.6×1010J設(shè)放出這些能量消耗的純鈾235的質(zhì)量為mg，則E＝eq\f(m,235)×6.02×1023×2×108×1.6×10－19J≈8.2×1010則純鈾235的質(zhì)量m＝eq\f(3.6×1010,8.2×1010)g≈0.439g該燃料中鈾235的質(zhì)量百分比是eq\f(0.439,8.75)≈0.05＝5%.答案：5%[B組素養(yǎng)提升]9．貧鈾炸彈是一種殺傷力很強(qiáng)的武器，貧鈾是提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈不僅有很強(qiáng)的穿甲實(shí)力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境起破壞作用而造成污染．人長(zhǎng)期生活在該環(huán)境中會(huì)受到核輻射而患上皮膚癌和白血?。铝袛⑹鲥e(cuò)誤的是()A．鈾238的衰變方程式為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互為同位素C．人患皮膚癌和白血病是因?yàn)楹溯椛鋵?dǎo)致了基因突變D．貧鈾彈的穿甲實(shí)力很強(qiáng)，也是因?yàn)樗姆派湫越馕觯衡?38具有放射性，放出一個(gè)α粒子，變成釷234，A正確．鈾238和鈾235質(zhì)子數(shù)相同，互為同位素，B正確．核輻射能導(dǎo)致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘因之一，C正確．貧鈾彈的穿甲實(shí)力很強(qiáng)，是因?yàn)樗膹椥臼怯筛呙芏?、高?qiáng)度、高韌性的鈾合金組成，攻擊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，所以其爆炸力、穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般炸彈，D錯(cuò)誤．答案：D10．我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于eq\o\al(235,92)U的裂變，現(xiàn)有四種說法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子；②eq\o\al(235,92)U的一種可能裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為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，常溫下它的半衰期約為45億年，上升溫度半衰期會(huì)縮短；④一個(gè)eq\o\al(235,92)U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J.以上說法中完全正確的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：由eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知①正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知②正確；半衰期不受外界因素干擾，故③錯(cuò)誤；通過計(jì)算知④正確．故答案為D.答案：D11．現(xiàn)有的核電站常用的核反應(yīng)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)核反應(yīng)方程中的eq\x\to(ν)是反中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；(2)已知鈾核的質(zhì)量為235.0439u，中子的質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核的質(zhì)量為142.9098u，鋯(Zr)核的質(zhì)量為89.9047u，試計(jì)算1kg鈾235裂變釋放的能量為多少？(1u＝1.6606×10－27kg解析：(1)鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40，質(zhì)量數(shù)A＝236－146＝90.核反應(yīng)方程中用符號(hào)eq\o\al(90,40)Zr表示．(2)1kg鈾235中鈾核的個(gè)數(shù)為n＝eq\f(1,235.0439×1.6606×10－27)≈2.56×1024(個(gè))不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量，1個(gè)鈾235核裂變產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm＝0.212u，釋放的能量為ΔE＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV則1kg鈾235完全裂變釋放的能量為E＝nΔE＝2.56×1024×197.5MeV≈8.1×1013J.答案：(1)4090(2)8.1×1013J[C組學(xué)霸沖刺]12．在各種能源中，核能具有能量密度大、地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)．在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能，核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．(1)核反應(yīng)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是反應(yīng)堆中發(fā)生的很多核反應(yīng)中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為________，a＝________.以mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中的傳播速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝________.(2)有一座發(fā)電實(shí)力為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)為(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，eq\o\al(235,92)U核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量．解析：(1)鈾235裂變除生成eq\o\al(141,56)Ba和eq\o\al(92,36)Kr外，還產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)目的中子，即式中的X為中子．由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒得產(chǎn)生的中子的個(gè)數(shù)為a＝235＋1－141－92＝3.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝mU