3.5核裂变
1.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。下列关于原子结构和核反应的说法错误的是( )
A.由图可知,原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 时会有质量亏损要放出能量
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,若不改变频率只 增加 γ 射线强度,则逸出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
2.如图是慢中子反应堆的示意图,对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些
D.要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些
3.100年前,卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来,人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子:。此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。下列说法中正确的是( )
A.该反应中的X是正电子,目前人类获得核能的主要方式是核衰变
B.该反应中的X是中子,目前人类获得核能的主要方式是核裂变
C.该反应中的X是中子,目前人类获得核能的主要方式是核聚变
D.该反应中的X是电子,目前人类获得核能的主要方式是核聚变
4.下列说法正确的是( )
A.汤姆生发现了电子,表明原子具有核式结构
B.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
C.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越大
D.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是(m1+m2-m3)c2(c表示真空中的光速)
5.用中子轰击原子核产生裂变反应,可能的裂变方程为+→Y++3,方程中的单个原子核、Y、及单个中子的质量分别为m1、m2、m3、m4,的半衰期为T,核的比结合能比Y核的小,光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是
A.Y原子核中含有56个中子
B.若提高的温度,的半衰期将会小于T
C.方程中的核反应释放的能量为(m1-m2-m3-2m4)c2
D.原子核比Y原子核更稳定
6.已知真空中的光速,下列说法正确的是
A.铋210的半衰期为5天,经过10天,32个铋210衰変后还剩下8个
B.用中子轰击铀核的核反应方程为,属于原子核的衰变
C.若核反应释放出的能量,则该过程质量亏损约为
D.某原子核吸收一个中子后,放出一个电子,最后分裂为两个粒子,则
7.一个铍原子核()俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核(),并放出一个不带电的质量接近零的中微子,人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”,其核反应方程为。已知铍原子的质量为MBe=7.016929u,锂原子的质量为MLi=7.016004u,1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是( )
A.中微子的质量数和电荷数均为零
B.锂核()获得的动能约为0.86MeV
C.中微子与锂核()的动量之和等于反应前电子的动量
D.中微子与锂核()的能量之和等于反应前电子的能量
8.有中子轰击原子核产生裂变反应,其可能的裂变方程为→ ,、、、的质量分别为m1、m2、m3、m4,原子核的半衰期为T,其比结合能小于原子核的比结合能,光在真空中的传播速度为c,下列叙述正确的是( )
A.原子核比原子核更稳定
B.原子核中含有56个中子
C.裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2
D.若提高的温度,的半衰期将会小于T
9.某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为,并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,测其中Z的速度为v,以下结论正确的是( )
A.Y原子核的速度大小为
B.Y原子核的动能约为Z原子核的动能的倍
C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速)
D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
10.下列说法中错误的是 ( )
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为He+N→O+H
B.铀核裂变的核反应是U→Ba+Kr+2n
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是(m1+m2-m3)c2
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2,那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
11.如图所示,铀235的其中一种链式反应示意图。完成铀核裂变的核反应方程(未标出的新核元素符号用“Kr”表示)__,在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量_____(选填“增大”或“亏损”)。
12.一种典型的铀核裂变方程是。这个反应中,符号X代表______,若该铀核裂变释放的核能为,则质量亏损是______
13.现在的核电站比较广泛采用的核反应之一是::
(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(U)核的质量为235.0439u,中子质量为1.0087u,钕(Nd)核质量为142.9098u,锆核质量为89.9047u;又知。试计算1kg铀235大约能产生的能量是多少?(不考虑核反应中生成的电子质量)
14.一个静止的铀核(原子质量为)放出一个粒子(原子质量为)后衰变成钍核(原子质量为),已知相当于的能量结果保留三位有效数字。
(1)写出铀核的衰变反应方程;
(2)算出该衰变反应中释放出的核能;
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能,则粒子的动能为多少?
参考答案
1.C
【解析】
A.由图象可知,D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量,原子核D和E聚变成原子核F时,核子总质量减小,有质量亏损,要释放出核能,故A正确,不符合题意;
B.由图象可知,A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量,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,故B正确,不符合题意;
C.光电电子的最大初动能是由入射光的频率决定的,与入射光的强度无关,增加入射光的强度,光电子的最大初动能不变,故C错误,符合题意;
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,故D正确,不符合题意;
故选C。
2.B
【解析】
铀235容易吸收慢中子后发生裂变反应,故A错误;快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应,故B正确;控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,故CD错误。所以B正确,ACD错误。
3.B
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,为中子;目前人类获得核能的主要方式是核裂变。
故选B。
4.C
【解析】
A.汤姆生发现了电子,提出了原子枣糕式模型,卢瑟福根据粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型,故A错误;
B.将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等,将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能,故B错误;
C.有半数原子核发生衰变所需的时间叫半衰期,放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越快,故C正确;
D.质子、中子、粒子质量分别为,质子和中子结合成一个粒子,其方程式为,根据爱因斯坦质能方程知释放能量是
故D错误。
故选C。
5.C
【解析】
A.由质量数和电荷数守恒可得:Y原子核的质量数A=235+1-89-3=144,核电荷数Z=92-36=56,故中子数N=144-56=88,故A错误;
B.半衰期的大小与温度、压强等因素无关,由原子核内部因素决定,故B错误;
C.根据爱因斯坦质能方程知,裂变时释放的能量,故C正确;
D.原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能,故Y原子核比原子核更稳定,故D错误。
6.C
【解析】
A.半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律,少数原子核不适用此规律;A项错误.
B.是原子核的裂变;B项错误.
C.根据,可得;C项正确.
D.根据质量数和电荷数守恒可知,,则;D项错误.
7.AC
【解析】
A.反应方程为?,根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零,故A正确;
B.根据质能方程
△E=(7.016929u+me?7.016004u)×9.31×102MeV>0.86MeV
为释放的核能,不是锂核获得的动能,故B错误;
C.衰变过程中内力远大于外力,故反应前后动量守恒,故中微子与锂核()的动量之和等于反应前电子的动量,故C正确;
D.由于反应过程中存在质量亏损,所以中微子与锂核()的能量之和小于反应前电子的能量,故D错误;
故选AC。
8.AC
【解析】
A.比结合能的大小反应原子核的稳定程度,的比结合能小于原子核的比结合能,所以原子核比原子核更稳定,故A正确;
B.由原子核的组成特点可知,原子核中含有56个质子,中子数为:144?56=88个,故B错误;
C.由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得:
△E=△m?c2=(m1?2m2?m3?m4)c2
故C正确;
D.原子核的半衰期是由放射性元素本身决定的,与环境的温度、压强等无关,故D错误.
故选AC.
9.BD
【解析】
A.根据动量守恒
Y原子核的速度大小为
A错误;
B.Z原子核的动能
Y原子核动能
因此
B正确;
C.由于释放出能量Q,出理了质量亏损,根据质能方程,Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小(c为光速),C错误;
D.由于释放了核能,核子结合的更牢固,比结合能更大,因此Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能,D正确。
故选BD。
10.BC
【解析】
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为He+N→O+H,A正确;
B.铀核裂变的核反应方程是,B错误,
C.一个质子和一个中子不能结合为α粒子,C错误;
D. 原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;则 ,原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子, ,原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为
解得:
故D正确。
本题选错误的,故选BC。
11. 亏损
【解析】
[1]根据核电荷数守恒得Kr的质子数
92﹣56=36
根据质量数守恒得Kr的质量数
235+1﹣144﹣3=89
所以铀核裂变的核反应方程为
[2]爱因斯坦质能方程为
若核反应中的质量亏损为,释放的核能
所以在重核裂变和轻核聚变过程中获得能量的途径是质量亏损。
12.中子
【解析】
[1]据电荷数守恒、质量数守恒知,X的电荷数为0,质量数为1,X为中子;
[2]根据质能方程可知,则此反应中发生质量亏损:
13.(1)40,90;(2)8.12×1013J
【解析】
(1)锆的电荷数
质量数
核反应方程中应用符号表示。
(2)1kg铀235的核数为
(个)
不考虑核反应中生成的电子质量,一个铀核反应发生的质量亏损为
1kg铀235完全裂变放出的能量约为
14.(1);(2);(3)
【解析】
(1)铀核的衰变反应方程是
(2)质量亏损
(3)衰变前后系统动量守恒,钍核和粒子的动量大小相等、方向相反,即
由动能和动量的关系得
由能量守恒得
所以粒子获得的动能