高中物理人教版选修3-5假期作业：19.6 原子核+核裂变假期作业（十七）+Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5假期作业：19.6 原子核+核裂变假期作业（十七）+Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 19.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-05-30 09:56:18 | ||
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文档简介
假期作业(十七)
1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )
A．一定是稳定的
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
【解析】 重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子的能量大，C错误．中子数会减少，故B正确．重核裂变的产物是多种多样的，故A错误，D正确．
【答案】 BD
2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
【解析】 控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，达到控制核反应的目的，C正确．
【答案】 C
3．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能力，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：2U→2Th＋He
B．2U和2U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．贫铀弹的穿甲能力很强，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，袭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．
【答案】 D
4．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容易发生，最好直接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，铀块的体积必须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，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】 C
5．镉棒在核反应堆中所起的作用是( )
A．使快中子变成慢中子
B．使慢中子变成快中子
C．使反应速度加快
D．控制反应速度，调节反应速度的快慢
【解析】 镉棒可以吸收中子，控制镉棒插入反应堆的深度可以控制参与反应的中子数目，从而控制反应堆的反应速度，不一定是加快反应速度，也可能是减慢反应速度，A、B、C错误，D正确．
【答案】 D
6．1个铀235核吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g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×196 MeV
B．235NA×196 MeV
C．235×196 MeV
D.×196 MeV
【解析】 1 g纯铀235有×NA个铀235核．因此1 g纯铀235吸收中子完全发生核反应可以释放出×196 MeV能量．
【答案】 D
7．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，现有四种说法：
①U原子核中有92个质子，143个中子；
②U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U＋n―→Xe＋Sr＋2n；
③U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；
④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J.
以上说法中完全正确的是( )
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
【解析】 由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；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以④正确，故答案为D.
【答案】 D
8．用中子轰击铀核(2U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(1Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．
各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313 9×10－27kg，mn＝1.674 9×10－27 kg；
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg.
试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．
【解析】 根据反应前后核的质量数守恒和核电荷数守恒，就可以写出核反应过程．
根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．
此铀核裂变方程为
n＋2U→1Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg.
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.9979×108)2 J＝3.2157×10－11 J.
【答案】 n＋2U→1Ba＋Kr＋3n 3.215 7×10－11 J
9．一个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U＋n―→X＋Sr＋2n，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，根据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减少
【解析】 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误．中子数为140－(92－38)＝86个，A正确．裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错．
【答案】 A
10．(多选)(·汕头高二检测)下面是铀核裂变反应中的一个：U＋n―→Xe＋Sr＋10n
已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为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( )
A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7－135.907 2 －10×1.008 7)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7 －135.907 2 －10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7 －135.907 2 －10×1.008 7)×931.5 MeV
【解析】 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对；当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．
【答案】 BD
11.U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200兆电子伏特的能量．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的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023个/摩尔)
【解析】 核电站每一天的发电量为E＝Pt＝50×104×103×24×3600 J＝4.32×1013 J.
据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为
n＝
＝＝1.35×1024(个)．
故发电站每一天需要的纯铀235的质量为
m＝·M＝×235×10－3 kg＝0.527 kg.
【答案】 0.527 kg
12．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃料的反应堆中，U俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为：
U ＋ n―→Xe ＋ Sr＋3n
235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量(以原子质量单位u为单位)，已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，求：
(1)该反应中放出的能量是多少MeV?
(2)1 kg铀235大约产生多少能量？(保留两位有效数字)
【解析】 (1)裂变前后的质量亏损为：
Δm＝mU＋mn－mXe－mSr－3mn.
由质能方程ΔE＝Δm×931.5 MeV，得：
ΔE＝(235.043 9－138.917 8－93.915 4－2×1.008 7)×931.5 MeV≈1.8×102 MeV.
(2)1 kg铀235的铀核数为：
n＝×6.02×1023≈2.56×1024(个)．
故1 kg铀235完全裂变产生的能量约为：
E＝n·ΔE＝2.56×1024×1.8×102 MeV
≈4.6×1026MeV.
【答案】 (1)1.8×102 MeV (2)4.6×1026MeV
1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )
A．一定是稳定的
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
【解析】 重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子的能量大，C错误．中子数会减少，故B正确．重核裂变的产物是多种多样的，故A错误，D正确．
【答案】 BD
2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
【解析】 控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，达到控制核反应的目的，C正确．
【答案】 C
3．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能力，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：2U→2Th＋He
B．2U和2U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．贫铀弹的穿甲能力很强，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，袭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．
【答案】 D
4．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容易发生，最好直接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，铀块的体积必须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，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】 C
5．镉棒在核反应堆中所起的作用是( )
A．使快中子变成慢中子
B．使慢中子变成快中子
C．使反应速度加快
D．控制反应速度，调节反应速度的快慢
【解析】 镉棒可以吸收中子，控制镉棒插入反应堆的深度可以控制参与反应的中子数目，从而控制反应堆的反应速度，不一定是加快反应速度，也可能是减慢反应速度，A、B、C错误，D正确．
【答案】 D
6．1个铀235核吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g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×196 MeV
B．235NA×196 MeV
C．235×196 MeV
D.×196 MeV
【解析】 1 g纯铀235有×NA个铀235核．因此1 g纯铀235吸收中子完全发生核反应可以释放出×196 MeV能量．
【答案】 D
7．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，现有四种说法：
①U原子核中有92个质子，143个中子；
②U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U＋n―→Xe＋Sr＋2n；
③U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；
④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J.
以上说法中完全正确的是( )
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
【解析】 由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；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以④正确，故答案为D.
【答案】 D
8．用中子轰击铀核(2U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(1Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．
各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313 9×10－27kg，mn＝1.674 9×10－27 kg；
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg.
试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．
【解析】 根据反应前后核的质量数守恒和核电荷数守恒，就可以写出核反应过程．
根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．
此铀核裂变方程为
n＋2U→1Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg.
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.9979×108)2 J＝3.2157×10－11 J.
【答案】 n＋2U→1Ba＋Kr＋3n 3.215 7×10－11 J
9．一个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U＋n―→X＋Sr＋2n，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，根据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减少
【解析】 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误．中子数为140－(92－38)＝86个，A正确．裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错．
【答案】 A
10．(多选)(·汕头高二检测)下面是铀核裂变反应中的一个：U＋n―→Xe＋Sr＋10n
已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为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( )
A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7－135.907 2 －10×1.008 7)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7 －135.907 2 －10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9 ＋1.008 7 －89.907 7 －135.907 2 －10×1.008 7)×931.5 MeV
【解析】 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对；当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．
【答案】 BD
11.U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200兆电子伏特的能量．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的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023个/摩尔)
【解析】 核电站每一天的发电量为E＝Pt＝50×104×103×24×3600 J＝4.32×1013 J.
据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为
n＝
＝＝1.35×1024(个)．
故发电站每一天需要的纯铀235的质量为
m＝·M＝×235×10－3 kg＝0.527 kg.
【答案】 0.527 kg
12．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃料的反应堆中，U俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为：
U ＋ n―→Xe ＋ Sr＋3n
235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量(以原子质量单位u为单位)，已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，求：
(1)该反应中放出的能量是多少MeV?
(2)1 kg铀235大约产生多少能量？(保留两位有效数字)
【解析】 (1)裂变前后的质量亏损为：
Δm＝mU＋mn－mXe－mSr－3mn.
由质能方程ΔE＝Δm×931.5 MeV，得：
ΔE＝(235.043 9－138.917 8－93.915 4－2×1.008 7)×931.5 MeV≈1.8×102 MeV.
(2)1 kg铀235的铀核数为：
n＝×6.02×1023≈2.56×1024(个)．
故1 kg铀235完全裂变产生的能量约为：
E＝n·ΔE＝2.56×1024×1.8×102 MeV
≈4.6×1026MeV.
【答案】 (1)1.8×102 MeV (2)4.6×1026MeV