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19．6 核 裂 变
核裂变
一、选择题(1、8、10为多项选择题，其余为单项选择题)
1．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 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，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以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B、C两项正确．
答案 BC
2．裂变反应中释放出的能量来自于( )
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的比结合能变大，释放出能量
解析 发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A项错误；能量来自于原子核内部，因重核分裂为中等质量的核时，比结合能增加而释放出能量，D项正确．
答案 D
3．镉棒在核反应中的作用是( )
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 在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子，控制反应速度，调节反应速度的快慢．
答案 D
4．(2019·凯里市校级模拟)关于核反应，下列选项正确的是( )
A．1124Na→1224Mg＋－1 0e是核裂变
B．12H＋13H→24He＋X中的X是电子
C. 92235U＋01n→ 54140Xe＋3894Sr＋201n是重核裂变
D. 92235U＋01n→3092Kr＋ 56141Ba＋x01n中x＝2
解析 核反应是β衰变，故A项错误；根据轻核聚变可知B项中X是中子，故B项错误；核反应方程是重核裂变，故C项正确；根据核反应方程遵循核电荷数守恒和质量数守恒可知D项中x＝3，故D项错误，故选C项．
答案 C
5．为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法( )
A．铀块可制成任何的体积
B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核
C．通过慢化剂将产生的中子减速
D．用镉棒可作为慢化剂使中子减速
解析 由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A项错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C项正确，B、D两项错误．
答案 C
6．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV的能量，则1 g纯 92235U完全发生核反应时放出的能量为(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 由于1 mol的铀核质量为235 g，1 g铀235的摩尔数为，因此1 g铀235释放的能量E＝×196 MeV，故D项正确．
答案 D
7．一个 92235U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 92235U＋01n→X＋3894Sr＋201n，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项错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A项正确；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两项错误．
答案 A
8．下面是铀核裂变反应中的一个：
92235U＋01n→ 54136Xe＋3890Sr＋1001n
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．释放的核能ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的核能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项错误，B项正确；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项正确，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项错误．
答案 BD
9. 92235U吸收一个慢中子后，分裂成 54136Xe和3890Sr，还放出( )
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
解析 设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒．由题意可知 则
由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，C项正确．
答案 C
10.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)与原子序数有如图所示的关系．下列说法正确的是( )
A．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．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出的光电子的最大初动能增大
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聚变成原子核F时会放出能量，A项错误；由Ek＝hν－W知增加射线强度，逸出光电子的最大初动能不变，只是单位时间内逸出光电子的个数增多，C项错误．
答案 BDE
二、非选择题
11．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”或者“小于”)它的临界体积．
解析 由质量数和电荷数守恒可知： 92235U＋01n→ 56144Ba＋3689Kr＋3·01n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积．
答案 3 大于
12．在核反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239( 92239U)很不稳定，会发生β衰变变成钚239( 94239Pu)
(1)铀239( 92239U)经过________次β衰变后变成钚239( 94239Pu)．
(2)写出铀239( 92239U)衰变成钚239( 94239Pu)核反应方程式：________
___________________________________________________________.
(3)若铀239( 92239U)的质量为m1，钚239( 94239Pu)的质量为m2，电子的质量为m3，光速为c，则铀239( 92239U)衰变成钚239( 94239Pu)放出的能量为____________________________________________________
____________________．
解析 (1)从铀239( 92239U)到钚239( 94239Pu)电荷数增加2，故经过了2次β衰变；(2)核反应方程为： 92239U→ 94239Pu＋2－1 0e；(3)反应的质量亏损是：(m1－m2－2m3)，根据质能方程E＝mc2可知，放出的能量为(m1－m2－2m3)c2.
答案 (1)2 (2) 92239U→ 94239Pu＋2－10e
(3)(m1－m2－2m3)c2
13．现有的核电站常用的核反应之一是： 92235U＋01n→ 60143Nd＋Zr＋301n＋8－10e＋v
(1)核反应方程中的是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．
(2)已知铀核的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u，锆核的质量为89.904 7 u，试计算1 kg铀235裂变释放的能量为多少？
解析 (1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.
(2)1 kg铀235中铀核的个数为
n＝≈2.56×1024(个)
1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212 u，释放的能量为
ΔE＝0.212×931.5 MeV≈197.5 MeV
则1 kg铀235完全裂变释放的能量为
E＝nΔE＝2.56×1024×197.5 MeV≈8.1×1013 J.
答案 (1)40 90 (2)8.1×1013 J
14．一个铀235俘获一个速度为1.00×104 m/s的中子后，裂变为两个新核，同时放出两个中子．其中一个中子的速度为8.69×106 m/s，方向与原中子方向相同；另一个中子的速度为8.68×106 m/s，方向与原中子方向相反，两个新核中有一个是3895Sr.现让这两个新核垂直进入同一匀强磁场，求它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比多大？周期之比多大？
解析 在核裂变过程中遵循动量守恒定律，由题意知被俘获的中子的动量与裂变时放出的两个中子的总动量相等，故两个新核的总动量为零，也即两个新核的总动量大小相等、方向相反．
新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径：R＝.
由于两个新核的动量大小相等，进入的是同一个匀强磁场，故mv、B均相同，故可知它们的半径之比等于它们电荷量的反比．由题意可写出裂变方程：
92235U＋01n→3895Sr＋ZAX＋201n
由质量数守恒可解得新核X的质量数
A＝235＋1－95－2×1＝139
由电荷数守恒可得新核X的电荷数Z＝92－38＝54
故两新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比为：
R1∶R2＝54∶38＝27∶19.
新核在磁场中做匀速圆周运动的周期：T＝
两个新核做匀速圆周运动的周期之比与它们的质量成正比，与它们的电荷量成反比，即
＝×＝.
答案 27∶19 135∶139
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