山东省济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.2核裂变 达标作业（含解析）

4.2核裂变
1．关于原子核及其变化，下列说法中正确的是（　　）
A．衰变和裂变都能自发的发生
B．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
C．升高温度可以使放射性元素的半衰期缩短
D．同种放射性元素在化合物中的半衰期与单质中的半衰期相等
2．下列说法正确的是(　　)
A．研制核武器的钚239()由铀239()经过4次β衰变而产生
B．发现中子的核反应方程是＋→＋
C．20g的经过两个半衰期后其质量变为15g
D．在中子轰击下，生成和的核反应前后，原子核的核子总数减少
3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等。在下列核反应中，属于核裂变反应的是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变的核反应方程是，则下列叙述正确的是
A．X原子核中含有144个核子
B．X原子核中含有86个中子
C．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
5．用中子（）轰击铀核（）发生裂变反应，会产生钡核（）和氪核（），并释放中子（），当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核（）裂变时，质量亏损为，已知光在真空中的传播速度为，以下说法正确的是（ ）
A．的裂变方程为
B．发生链式反应的条件与铀块的温度有关
C．发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D．一个铀核（）裂变时，放出的能量为
6．印度第一艘自主研发的核潜艇于2009年7月26日正式下水,成为世界第六个拥有核潜艇的国家.核动力潜艇是潜艇中的一种类型,指以核反应堆为动力来源设计的潜艇.在核反应中有一种是一个原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应,其裂变方程为则下列叙述正确的是( )
A．X原子核中含有54个质子
B．X原子核中含有53个中子
C．裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量
D．裂变时释放能量,出现质量亏损,质量数不守恒
7．关于铀核裂变的说法法正确的是( ).
A．铀核裂变可能产生多种产物
B．铀核裂变要靠a粒子轰击铀核才能产生
C．中子打击铀核时，铀核发生裂变，中子将被弹回去轰击别的铀核
D．各种铀元素的同位素在受到轰击时产生裂变的概率是一样的
8．铀核裂变时能同时放出若干个中子，如果这些中子引起其他铀核裂变不断进行，即发生链式反应，关于链式反应的条件，下列说法正确的是( ).
A．只要中子个数大于1，就一定发生链式反应
B．只要是纯铀235，就一定发生链式反应
C．只要时间足够长，就可以发生链式反应
D．铀块体积超过临界体积时才能发生
9．据国内媒体报道，中国南海“充电宝”的构想即将实现，大陆第一座海上浮动核电站即将建设完成。据专家透露，中国计划建造20个海上浮动核电站，主要用于海水淡化、资源开发以及为护航潜艇和南海各地区供电。此类核电站采用的是“核裂变”技术,受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出能量，已知每个铀核裂变时释放的能量约为200 MeV，阿伏加德罗常数取NA＝6.0×1023mol－1。则下列说法中正确的是
A．核反应方程为： 2
B．的结合能比的结合能大
C．只有铀块的体积不小于临界体积时才能发生链式反应
D．若有 1mol的铀发生核反应，且核裂变释放的能量一半转化为电能，则产生的电能约为 9.6×1012J
10．关于核反应堆，下列说法正确的是（ ）
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功率
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.
11．原子弹爆炸是________（选填“可控”或“不可控”）的链式反应．为了保证原子弹在适当的时候爆炸，需要把铀块分开为两块，每一块的体积都________临界体积，但加起来却________临界体积．（后两空均选填“大于”或“小于”）
12．完成下列的核反应方程式：
（1）_________;
（2）_________;
（3）_________
（4）_________
13．太阳在不断地向外辐射能量，因而其质量也在不断地减少．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026J，试计算太阳在1 s内失去的质量，估算5000年内其质量总共减小了多少，并与太阳的总质量2×1027t比较之．
14．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程．
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(mp＝1.0043 u，mHe＝4.0015 u，me＝0.00055 u)?
参考答案
1．D
【解析】
A．衰变能自发发生，裂变不能自发发生，A错误；
B．衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，所以电子不是原子核的组成部分，B错误；
CD．元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，C错误，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒可写出衰变方程：
则发生了2次β衰变，A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知和史事可得发现中子的人工核转变方程：
＋→＋
故B正确；
C．20g经过两个半衰期后剩下的质量为
，
C错误；
D．重核裂变反应的核反应中质量数即核子数守恒，电荷数都守恒，释放核能对应质量亏损，D错误。
故选B。
3．D
【解析】
A．该反应是原子核的人工转变方程，选项A错误；
B．该反应是α衰变方程，选项B错误；
C．该反应是原子核的人工转变方程，选项C错误；
D．该反应是重核裂变方程，选项D正确；
故选D。
4．A
【解析】
试题分析：根据质量数守恒与电荷数守恒即可判断出X中的质子数与中子数；根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量．铀核裂变放出的能量很高，反应前后质量数守恒，有质量亏损．
根据质量数守恒，则X的质量数：m=235+1-89-3=144，可知X原子核中含有144个核子；根据核电荷数守恒，得：z=92-36=56，所以X中的中子数：n=m-z=144-56=88，可知X原子核中含有88个中子，故A正确B错误；在核反应的过程中，质量数是守恒的．总质量数既不减小，也不增加，由于存在质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，CD错误．
5．C
【解析】
A．的裂变方程为，故A错误；
BC．当铀块体积达到临界体积时才能使链式反应不断进行下去，与铀块的温度无关，故B错误，C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程可知一个裂变时，放出的能量为
D错误。
故选C。
6．A
【解析】
由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:X原子核中含有54个质子,78个中子,故A正确,BD错,释放能量不是质量变成了能量,而是亏损的质量以能量的形式释放,C错.
7．A
【解析】
A．铀核裂变可能产生多种产物，选项A正确；
B．铀核裂变要靠中子轰击铀核才能产生，选项B错误；
C．用中子轰击铀核使其发生裂变，铀核裂变中放出新的中子又引起新的裂变，使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，故C错误。
D．各种铀元素的同位素在受到轰击时产生裂变的概率是不一样的，其中铀235受中子的轰击时裂变的概率大，而铀238只有俘获能量为1MeV以上的中子才会发生裂变，概率较低，选项D错误；
故选A.
8．D
【解析】
A．根据链式反应的条件可知，铀块体积必须达到临界体积，有中子通过时，才能发生链式反应。故A错误；
B．用纯铀235，体积必须达到临界体积，有中子通过时才会发生链式反应，选项B错误；
C．发生链式反应与时间无关，选项C错误；
D．铀块体积超过临界体积时才能发生，选项D正确；
故选D.
9．CD
【解析】
A.核反应方程为： ；
B.中的比结合能比大，但结合能较小；
C.发生链式反应的条件这铀块的体积不小于临界体积；
D.由质能方程可计算得产生的电能为9.6×1012J。
故选CD。
10．ABD
【解析】
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能，故A正确；
B．镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；
C．慢中子最容易引发核裂变，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；
D．水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动.把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，D正确。
故选ABD。
11．不可控 小于 大于
【解析】
[1][2][3]．原子弹爆炸是不可控的链式反应．为了保证原子弹在适当的时候爆炸，需要把铀块分开为两块，每一块的体积都小于临界体积，但加起来却大于临界体积．
12．
【解析】
[1][2][3][4]核反应前后质量数和电荷数守恒，故可以算出四个核反应中添加的元素（或数字）依次为、、、10。
13．×1010kg 7.008×1020kg 比太阳的总质量小得多
【解析】
由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其在1 s内失去的质量为Δm＝＝kg＝×1010kg.
5000年内太阳总共减小的质量为
ΔM＝5000×365×24×3600××1010kg
＝7.008×1020kg.
与总质量相比P＝＝
＝3.504×10－10，比值很微小．
14．(1) ;(2);(3)
【解析】
（1）由题意可得核反应方程应为:
（2）反应前的质量，反应后的质量，，由质能方程得，释放能量.
（3）由质能方程得每秒减少的质量