高中物理人教版物理选修3-5练习 第十九章 6 核裂变 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版物理选修3-5练习 第十九章 6 核裂变 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 31.7KB | ||
| 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 | 2019-11-06 10:21:58 | ||
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文档简介
6 核裂变
基础巩固
1.在核反应方程式?92235U+01n→3890Sr+54136Xe+kX中( )
A.X是中子,k=9 B.X是中子,k=10
C.X是质子,k=9 D.X是质子,k=10
答案:B
2.链式反应中,重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( )
A.质子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子
答案:B
3.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它的主要组成部分是( )
A.原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B.原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统
D.原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
答案:A
4.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,以控制反应速度
D.利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析:利用控制系统改变裂变反应速度,选项C正确。
答案:C
5.1个铀235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.NA235×196 MeV
解析:1 g纯铀中含有N=1235NA个铀核,这些铀核全部发生核反应放出的能量E=NE0=NA235×196 MeV。
答案:D
6.(多选)世界上不少核电站由于各种原因,先后发生了核泄漏事件,人类对核能的利用出现了新的思考。根据所学的核物理知识,你认为下列说法正确的是( )
A.核能发电对环境的污染比火力发电要小
B.核能发电对环境的污染比火力发电要大
C.目前,核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D.核电站中,原子核的链式反应是不可以在人工控制下进行的
答案:AC
7.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。?
解析:核反应方程为?92235U+01n→56144Ba+?3689Kr+x01n,根据质量数守恒可得,x=(235+1)-(144+89)=3;发生链式反应的条件是裂变物质的体积大于它的临界体积。
答案:3 大于
8.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂。中子在重水中可与12H核碰撞减速,在石墨中与 612C核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性
碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰
撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种减速效果更好?
解析:设中子质量为mn,靶核质量为m,由动量守恒定律得mnv0=mnv1+mv2
由能量守恒得12mnv02=12mnv12+12mv22
解得v1=mn-mmn+mv0
在重水中靶核质量为mH=2mn
v1H=mn-mHmn+mHv0=?13v0
在石墨中靶核质量为mC=12mn
v1C=mn-mCmn+mCv0=?1113v0
与重水靶核碰撞后中子速度较小,故重水减速效果更好。
答案:用重水减速效果好
能力提升
1.(多选)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235裂变时还能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,但裂变成两种不同的核的情况较多,也有的裂变成多种不同的核;铀核裂变时会放出几个中子;铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子时才能发生裂变,且裂变的概率小;要引起链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,故B、C正确,A、D错误。
答案:BC
2.在现在运行的大部分核电站中发生的反应是( )
A.92238UTh+24He
B.12H+13HHe+01n
C.24He+714NO+11H
D.92235U+01nSr+54136Xe+1001n
解析:现在运行的大部分核电站中发生的是重核裂变反应,选项D正确。
答案:D
3.(多选)关于原子核反应堆,下面说法正确的是( )
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的反应速度
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析:慢中子最容易引发铀核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故C错误。
答案:ABD
4.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+01n→a+b+201n
则a+b可能是( )
A.54140Xe+3693Kr
B.56141Ba+3692Kr
C.56141Ba+3893Sr
D.54140Xe+3894Sr
解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,选项D符合要求。
答案:D
5.碘131(53131I)是重要的核裂变产物之一,因此它可以作为核爆炸或核反应堆泄漏事故的信号核素。碘131本身也具有放射性,它产生的放射线主要是β射线,它的核反应方程是( )
A.53131I→54131Xe+-1 0e
B.53131I→51127Sb+24He
C.53131I→53130I+01n
D.53131I→52130Te+11H
解析:β射线的实质是电子流,已知该核反应放出电子,结合电荷数守恒、质量数守恒,该核反应方程为?53131I→54131Xe+-1 0e。
答案:A
6.★下面是铀核裂变反应中的一个为92235U+01n→54136Xe+3890Sr+1001n,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( )
A.质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 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:质量亏损是反应物与生成物之差,差值可用“u”或“kg”作单位,用u作单位可直接用“1 u 相当于 931.5 MeV”的关系计算。
答案:BD
7.?92235U受中子轰击时会发生裂变,产生?56144Ba和?3689Kr,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的质量为多大?(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol?1)
解析:核电站每天的发电量为
E=Pt=50×104×103×24×3 600 J=4.32×1013 J
根据题意知,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=E200×106×1.6×10-19=4.32×10133.2×10-11=1.35×1024。
故发电站每一天需要的纯铀235的质量为
m=NNA·m'=1.35×10246.02×1023×235×10?3 kg≈0.527 kg。
答案:0.527 kg
8.★现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是?92235U+?01n→60143Nd+ZAZr+301n+8-1 0e+ν
(1)核反应方程中的ν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Z与质量数A;
(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u,中子的质量为1.008 7 u,钕(Nd)核质量为142.909 8 u,锆(Zr)核质量为89.904 7 u;又知1 u=1.660 6×10-27 kg,试计算 1 kg 铀235完全裂变产生的能量。(结果保留两位有效数字)
解析:(1)锆的电荷数Z=92-60+8=40,质量数A=236-146=90;核反应方程中应用符号?4090Zr表示。
(2)1 kg铀235的铀核个数为N=1 000235×6.02×1023≈2.56×1024。
不考虑核反应中生成的电子质量,一个铀核发生反应的质量亏损为Δm=0.217 4 u
1 kg铀235完全裂变产生的能量约为ΔE=8.3×1013 J。
答案:(1)40 90 (2)8.3×1013 J
基础巩固
1.在核反应方程式?92235U+01n→3890Sr+54136Xe+kX中( )
A.X是中子,k=9 B.X是中子,k=10
C.X是质子,k=9 D.X是质子,k=10
答案:B
2.链式反应中,重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( )
A.质子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子
答案:B
3.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它的主要组成部分是( )
A.原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B.原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统
D.原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
答案:A
4.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,以控制反应速度
D.利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析:利用控制系统改变裂变反应速度,选项C正确。
答案:C
5.1个铀235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.NA235×196 MeV
解析:1 g纯铀中含有N=1235NA个铀核,这些铀核全部发生核反应放出的能量E=NE0=NA235×196 MeV。
答案:D
6.(多选)世界上不少核电站由于各种原因,先后发生了核泄漏事件,人类对核能的利用出现了新的思考。根据所学的核物理知识,你认为下列说法正确的是( )
A.核能发电对环境的污染比火力发电要小
B.核能发电对环境的污染比火力发电要大
C.目前,核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D.核电站中,原子核的链式反应是不可以在人工控制下进行的
答案:AC
7.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。?
解析:核反应方程为?92235U+01n→56144Ba+?3689Kr+x01n,根据质量数守恒可得,x=(235+1)-(144+89)=3;发生链式反应的条件是裂变物质的体积大于它的临界体积。
答案:3 大于
8.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂。中子在重水中可与12H核碰撞减速,在石墨中与 612C核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性
碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰
撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种减速效果更好?
解析:设中子质量为mn,靶核质量为m,由动量守恒定律得mnv0=mnv1+mv2
由能量守恒得12mnv02=12mnv12+12mv22
解得v1=mn-mmn+mv0
在重水中靶核质量为mH=2mn
v1H=mn-mHmn+mHv0=?13v0
在石墨中靶核质量为mC=12mn
v1C=mn-mCmn+mCv0=?1113v0
与重水靶核碰撞后中子速度较小,故重水减速效果更好。
答案:用重水减速效果好
能力提升
1.(多选)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235裂变时还能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,但裂变成两种不同的核的情况较多,也有的裂变成多种不同的核;铀核裂变时会放出几个中子;铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子时才能发生裂变,且裂变的概率小;要引起链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,故B、C正确,A、D错误。
答案:BC
2.在现在运行的大部分核电站中发生的反应是( )
A.92238UTh+24He
B.12H+13HHe+01n
C.24He+714NO+11H
D.92235U+01nSr+54136Xe+1001n
解析:现在运行的大部分核电站中发生的是重核裂变反应,选项D正确。
答案:D
3.(多选)关于原子核反应堆,下面说法正确的是( )
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的反应速度
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析:慢中子最容易引发铀核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故C错误。
答案:ABD
4.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+01n→a+b+201n
则a+b可能是( )
A.54140Xe+3693Kr
B.56141Ba+3692Kr
C.56141Ba+3893Sr
D.54140Xe+3894Sr
解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,选项D符合要求。
答案:D
5.碘131(53131I)是重要的核裂变产物之一,因此它可以作为核爆炸或核反应堆泄漏事故的信号核素。碘131本身也具有放射性,它产生的放射线主要是β射线,它的核反应方程是( )
A.53131I→54131Xe+-1 0e
B.53131I→51127Sb+24He
C.53131I→53130I+01n
D.53131I→52130Te+11H
解析:β射线的实质是电子流,已知该核反应放出电子,结合电荷数守恒、质量数守恒,该核反应方程为?53131I→54131Xe+-1 0e。
答案:A
6.★下面是铀核裂变反应中的一个为92235U+01n→54136Xe+3890Sr+1001n,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( )
A.质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 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:质量亏损是反应物与生成物之差,差值可用“u”或“kg”作单位,用u作单位可直接用“1 u 相当于 931.5 MeV”的关系计算。
答案:BD
7.?92235U受中子轰击时会发生裂变,产生?56144Ba和?3689Kr,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的质量为多大?(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol?1)
解析:核电站每天的发电量为
E=Pt=50×104×103×24×3 600 J=4.32×1013 J
根据题意知,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=E200×106×1.6×10-19=4.32×10133.2×10-11=1.35×1024。
故发电站每一天需要的纯铀235的质量为
m=NNA·m'=1.35×10246.02×1023×235×10?3 kg≈0.527 kg。
答案:0.527 kg
8.★现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是?92235U+?01n→60143Nd+ZAZr+301n+8-1 0e+ν
(1)核反应方程中的ν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Z与质量数A;
(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u,中子的质量为1.008 7 u,钕(Nd)核质量为142.909 8 u,锆(Zr)核质量为89.904 7 u;又知1 u=1.660 6×10-27 kg,试计算 1 kg 铀235完全裂变产生的能量。(结果保留两位有效数字)
解析:(1)锆的电荷数Z=92-60+8=40,质量数A=236-146=90;核反应方程中应用符号?4090Zr表示。
(2)1 kg铀235的铀核个数为N=1 000235×6.02×1023≈2.56×1024。
不考虑核反应中生成的电子质量,一个铀核发生反应的质量亏损为Δm=0.217 4 u
1 kg铀235完全裂变产生的能量约为ΔE=8.3×1013 J。
答案:(1)40 90 (2)8.3×1013 J