四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.5核裂变 课时作业（含解析）
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| 名称 | 四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.5核裂变 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 281.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:16:09 | ||
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3.5核裂变
1．质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为
A．(mp+mn-m)c2
B．(mp+mn)c2
C．mc2
D．(m-mp)c2
2．居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氧，氧会经呼吸道进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病。一质量为m的大理石含有某种半衰期为T的放射性元素X，经T时间后，这块大理石的质量变为m'。以下说法正确的是( )
A．
B．在X原子核衰变时发生质量亏损，亏损的质量转化成能量释放出来
C．X原子衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时只能放出一些特定频率的γ射线
D．X原子核的比结合能大于其衰变后的新核的比结合能
3．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
4．在核反应堆中，吸收一个中子后生成，是重要的核燃料，其衰变方程式为。以下说法正确的是（ ）
A．衰变过程是一个衰变过程
B．衰变过程质量数守恒，所以没有核能量释放
C．衰变过程中的光子是由原子核能级跃迁产生的
D．吸收一个中子后生成的核反应过程是一个衰变过程
5．下面列举的事例中正确的是（ ）
A．居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了正电子
B．卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象
C．爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2
D．玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象
6．已知氘核质量为，质子质量为，中子质量为，光速为c；在质子和中子结合成氘核的过程中（ ）
A．吸收的能量为
B．吸收的能量为
C．释放的能量为
D．释放的能量为
7．下列说法正确的是（ ）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
8．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用分别表示核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速，以下说法正确的是（
）
A．为中子，
B．为中子，
C．上述核反应中放出的核能
D．上述核反应中放出的核能
9．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是（ ）
A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值
B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
C．根据ΔE＝Δm·c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
D．根据ΔE＝Δm·c2可以计算核反应中释放的核能
10．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是(
)
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大
11．反应堆中的控制棒的作用是吸收________，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止________．进入反应堆内部的水，一方面作为________，另一方面作为________，将反应产生的热量带走．核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能
________、________，还要能吸收逃离堆芯的________.
12．核电是________、________、________的能源.
13．用中子轰击铀核()，其中的一个可能反应是分裂成钡()和氪()两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg；试写出核反应方程，求出反应中释放的核能；（根据核反应前，后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能。）
14．用中子轰击铀核（），其中的一个可能反应是分裂成钡（）和氪（）两部分，放出3个中子。各个核和中子的质量如下（计算结果在小数点后保留两位小数）：
mU＝390.313
9×10－27
kg，mn＝1.674
9×10－27
kg；
mBa＝234.001
6×10－27
kg，mKr＝152.604
7×10－27
kg。
(1)试写出核反应方程
(2)求出反应中释放的核能。
(3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦，求秦山核电站一年需要消耗多少千克的裂变原料？
参考答案
1．A
【解析】
由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：△E=（mp+mn-m）c2，A正确．
2．C
【解析】
A．衰变指大理石内部元素发生改变，大理石整体质量基本不发生变化，故A错误；
B．X原子核衰变时会出现质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来，但不能理解成亏损的质量转化成了能量，故B错误；
C．因为原子核在经历α和β衰变后往往处于激发态，衰变后产物的新核从激发态向较低能态跃迁，一般以发射电磁波的形式进行，发射的正是γ射线，故C正确；
D．衰变后的产物更稳定，其原子核中核子结核更牢固，比结合能更大，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】
图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型．故A错误．图乙：
用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能．故B错误．
图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构．故D错误．
故选C．
4．C
【解析】
A．由衰变过程放出粒子，则其为衰变过程，故A错误；
B．衰变过程质量发生亏损，由爱因斯坦质能方程可知，衰变过程放出能量，故B错误；
C．衰变过程中产生的原子核不稳定而发生跃迁同时放出光子即释放能量，故C正确；
D．吸收一个中子后生成的核反应过程没有放出粒子，也不是一个衰变过程，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
A．
居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了发现了放射性磷P和中子，故A错误；
B．
玻尔的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象，故B错误；
C．
爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2，故C正确；
D．
普朗克建立了量子理论，故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
在质子和中子结合成氘核的过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知此过程中要释放能量，则有
故ABC错误，D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关，A错误；
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，B正确；
C．比结合能越大，原子核越稳定，C错误；
D．由于核子在组成原子核的过程中会释放能量，结合爱因斯坦质能方程可知原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，D错误。
故选B。
8．BC
【解析】
AB.由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a=3，故A不符合题意，B符合题意；
CD.由题意知，核反应过程中的质量亏损△m=mu-mBa-mKr-2mn，由质能方程可知，释放的核能△E=△mc2=（mu-mBa-mKr-2mn）c2，故C符合题意，D不符合题意；
9．AD
【解析】
A．根据
ΔE＝Δm·c2
知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故A正确；
B．根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；
C．爱因斯坦的质能方程
ΔE＝Δm·c2
不是质量和能量可以相互转化，故C错误；
D．公式
△E=△mc2
中△m是亏损质量，△E是释放的核能，故D正确。
故选AD。
10．BD
【解析】
A．发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能，最大初动能与入射光的频率有关，与强度无关，选项A错误．
B．根据爱因斯坦质能方程，质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量，选项B正确．
C．半衰期是统计学规律，10个放射性元素的原子核数量太少，无法判断5个发生衰变所需要的时间，选项C错误．
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，多余的能量以光子的形式释放出来，同时核外电子靠近原子核，静电力做正功，电势能减少，根据，电子绕核做圆周运动的半径变小，速度变大，动能变大，选项D正确．
故选BD．
11．中子
链式反应
减速剂
冷却剂
耐高压
防辐射
中子：
【解析】
[1][2]核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的，控制棒的作用是控制中子数量，从而控制链式反应的速度，所以反应堆中的控制棒的作用是吸收中子，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止链式反应；[3][4]水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，所以进入反应堆内部的水，一方面作为减速剂，另一方面作为冷却剂，将反应产生的热量带走；[5][6][7]核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能耐高压、防辐射，还要能吸收逃离堆芯的中子。
12．经济
安全
干净
【解析】
[1][2][3]核电站在运行时不会产生对环境污染的气体物质，是比较清洁的能源，核电发电是利用的核裂变，可以释放大量的能量，因此核能的特点就是用料省，运输方便，产能多，所以核电是经济、安全、干净的能源。
13．；3.2157×10-11J
【解析】
此铀核裂变方程为
则核反应前后的质量亏损为
△m=mu-mBa-mKr-2mn
=390.3139×10-27-234.0016×10-27-152.6047×10-27-2×1.6749×10-27=0.3578×10-27kg
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
△E=△mc2
代入数据得
△E=3.2157×10-11J
14．(1)
(2)
3.22×10-11J??；(3)2.48×103kg
【解析】
(1)核反应方程
(2)一个铀发生反应的质量亏损
△m=mu+mn-mBa-mKr-3?mn=mu-mBa-mKr-2?mn
=390.313
9×10－27-234.001
6×10－27-152.604
7×10－27-2×1.674
9×10－27
=0.3578×10－27kg
一个铀核裂变释放能量为
△E=△mc2=0.3578×10－27×(3×108)2J=3.22×10-11J???
(3)秦山核电站一年需要消耗裂变原料
1．质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为
A．(mp+mn-m)c2
B．(mp+mn)c2
C．mc2
D．(m-mp)c2
2．居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氧，氧会经呼吸道进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病。一质量为m的大理石含有某种半衰期为T的放射性元素X，经T时间后，这块大理石的质量变为m'。以下说法正确的是( )
A．
B．在X原子核衰变时发生质量亏损，亏损的质量转化成能量释放出来
C．X原子衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时只能放出一些特定频率的γ射线
D．X原子核的比结合能大于其衰变后的新核的比结合能
3．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
4．在核反应堆中，吸收一个中子后生成，是重要的核燃料，其衰变方程式为。以下说法正确的是（ ）
A．衰变过程是一个衰变过程
B．衰变过程质量数守恒，所以没有核能量释放
C．衰变过程中的光子是由原子核能级跃迁产生的
D．吸收一个中子后生成的核反应过程是一个衰变过程
5．下面列举的事例中正确的是（ ）
A．居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了正电子
B．卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象
C．爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2
D．玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象
6．已知氘核质量为，质子质量为，中子质量为，光速为c；在质子和中子结合成氘核的过程中（ ）
A．吸收的能量为
B．吸收的能量为
C．释放的能量为
D．释放的能量为
7．下列说法正确的是（ ）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
8．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用分别表示核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速，以下说法正确的是（
）
A．为中子，
B．为中子，
C．上述核反应中放出的核能
D．上述核反应中放出的核能
9．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是（ ）
A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值
B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
C．根据ΔE＝Δm·c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
D．根据ΔE＝Δm·c2可以计算核反应中释放的核能
10．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是(
)
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大
11．反应堆中的控制棒的作用是吸收________，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止________．进入反应堆内部的水，一方面作为________，另一方面作为________，将反应产生的热量带走．核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能
________、________，还要能吸收逃离堆芯的________.
12．核电是________、________、________的能源.
13．用中子轰击铀核()，其中的一个可能反应是分裂成钡()和氪()两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg；试写出核反应方程，求出反应中释放的核能；（根据核反应前，后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能。）
14．用中子轰击铀核（），其中的一个可能反应是分裂成钡（）和氪（）两部分，放出3个中子。各个核和中子的质量如下（计算结果在小数点后保留两位小数）：
mU＝390.313
9×10－27
kg，mn＝1.674
9×10－27
kg；
mBa＝234.001
6×10－27
kg，mKr＝152.604
7×10－27
kg。
(1)试写出核反应方程
(2)求出反应中释放的核能。
(3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦，求秦山核电站一年需要消耗多少千克的裂变原料？
参考答案
1．A
【解析】
由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：△E=（mp+mn-m）c2，A正确．
2．C
【解析】
A．衰变指大理石内部元素发生改变，大理石整体质量基本不发生变化，故A错误；
B．X原子核衰变时会出现质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来，但不能理解成亏损的质量转化成了能量，故B错误；
C．因为原子核在经历α和β衰变后往往处于激发态，衰变后产物的新核从激发态向较低能态跃迁，一般以发射电磁波的形式进行，发射的正是γ射线，故C正确；
D．衰变后的产物更稳定，其原子核中核子结核更牢固，比结合能更大，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】
图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型．故A错误．图乙：
用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能．故B错误．
图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构．故D错误．
故选C．
4．C
【解析】
A．由衰变过程放出粒子，则其为衰变过程，故A错误；
B．衰变过程质量发生亏损，由爱因斯坦质能方程可知，衰变过程放出能量，故B错误；
C．衰变过程中产生的原子核不稳定而发生跃迁同时放出光子即释放能量，故C正确；
D．吸收一个中子后生成的核反应过程没有放出粒子，也不是一个衰变过程，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
A．
居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了发现了放射性磷P和中子，故A错误；
B．
玻尔的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象，故B错误；
C．
爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2，故C正确；
D．
普朗克建立了量子理论，故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
在质子和中子结合成氘核的过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知此过程中要释放能量，则有
故ABC错误，D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关，A错误；
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，B正确；
C．比结合能越大，原子核越稳定，C错误；
D．由于核子在组成原子核的过程中会释放能量，结合爱因斯坦质能方程可知原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，D错误。
故选B。
8．BC
【解析】
AB.由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a=3，故A不符合题意，B符合题意；
CD.由题意知，核反应过程中的质量亏损△m=mu-mBa-mKr-2mn，由质能方程可知，释放的核能△E=△mc2=（mu-mBa-mKr-2mn）c2，故C符合题意，D不符合题意；
9．AD
【解析】
A．根据
ΔE＝Δm·c2
知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故A正确；
B．根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；
C．爱因斯坦的质能方程
ΔE＝Δm·c2
不是质量和能量可以相互转化，故C错误；
D．公式
△E=△mc2
中△m是亏损质量，△E是释放的核能，故D正确。
故选AD。
10．BD
【解析】
A．发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能，最大初动能与入射光的频率有关，与强度无关，选项A错误．
B．根据爱因斯坦质能方程，质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量，选项B正确．
C．半衰期是统计学规律，10个放射性元素的原子核数量太少，无法判断5个发生衰变所需要的时间，选项C错误．
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，多余的能量以光子的形式释放出来，同时核外电子靠近原子核，静电力做正功，电势能减少，根据，电子绕核做圆周运动的半径变小，速度变大，动能变大，选项D正确．
故选BD．
11．中子
链式反应
减速剂
冷却剂
耐高压
防辐射
中子：
【解析】
[1][2]核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的，控制棒的作用是控制中子数量，从而控制链式反应的速度，所以反应堆中的控制棒的作用是吸收中子，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止链式反应；[3][4]水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，所以进入反应堆内部的水，一方面作为减速剂，另一方面作为冷却剂，将反应产生的热量带走；[5][6][7]核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能耐高压、防辐射，还要能吸收逃离堆芯的中子。
12．经济
安全
干净
【解析】
[1][2][3]核电站在运行时不会产生对环境污染的气体物质，是比较清洁的能源，核电发电是利用的核裂变，可以释放大量的能量，因此核能的特点就是用料省，运输方便，产能多，所以核电是经济、安全、干净的能源。
13．；3.2157×10-11J
【解析】
此铀核裂变方程为
则核反应前后的质量亏损为
△m=mu-mBa-mKr-2mn
=390.3139×10-27-234.0016×10-27-152.6047×10-27-2×1.6749×10-27=0.3578×10-27kg
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
△E=△mc2
代入数据得
△E=3.2157×10-11J
14．(1)
(2)
3.22×10-11J??；(3)2.48×103kg
【解析】
(1)核反应方程
(2)一个铀发生反应的质量亏损
△m=mu+mn-mBa-mKr-3?mn=mu-mBa-mKr-2?mn
=390.313
9×10－27-234.001
6×10－27-152.604
7×10－27-2×1.674
9×10－27
=0.3578×10－27kg
一个铀核裂变释放能量为
△E=△mc2=0.3578×10－27×(3×108)2J=3.22×10-11J???
(3)秦山核电站一年需要消耗裂变原料