山东省济南中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.2核裂变 课时训练（含解析）

4.2核裂变
1．关于铀核裂变，下述说法正确的是( )．
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两块
B．铀核裂变时还能同时放出2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易产生，最好用铀238
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
2．吸收一个中子后，分解成和，并释放出( ).
A．一个粒子 B．一个氘核 C．三个中子 D．两个中子
3．根据国家能源局规划，到2020年我国将实现核电5800千瓦投运，300千瓦在建目标，铀核裂变是获取核能的重要途径，在一次铀核裂变中，一个中子轰击U的核反应方程为： n+U→Xe+Sr+mn，则m为
A．10 B．9 C．3 D．2
4．关于原子核的变化，下列说法中正确的是（）
A．温度越高，放射性元素的半衰期越长
B．天然放射现象说明原子是可以再分的
C．重核在裂变过程中向外界放出巨大的核能
D．α粒子散射实验说明了原子核是可以再分的
5．关于近代物理的知识，下列说法正确的有（　　）
①结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
②铀核裂变的一种核反应方程为→ + +2
③设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
④若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
⑤核泄漏事故污染物铯（Cs）137能够产生对人体有危害的辐射，其衰变方程为→ +x，由方程可判断x是电子
⑥→ +X中X为中子，核反应类型为衰变
⑦β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
⑧放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子
⑩平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
6．“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放(如图所示)，核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则(　　 )
A．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的
C．经过一次碰撞，中子失去的动能为E0
D．在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层是用来屏蔽裂变产物放出的各种射线
7．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。其中原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置，它在工作中有一种核裂变反应方程式为U＋n→X＋Ba＋3n，下列说法正确的是
A．X原子核中有36个中子
B．铀块体积只有在大于临界体积时才能发生链式反应
C．裂变反应中由于质量亏损释放出能量
D．原子核反应过程中的质量亏损现象违背了能量守恒定律
8．关于近代物理学的结论中，下列叙述中正确的是(　　)
A．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
B．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m3－m1－m2)c2
C．是裂变
D．衰变成要经过6次α衰变和4次β衰变
9．下列叙述中错误的是（ ）
A．碘131的半衰期大约为8天，3个月后，碘131就只剩下约为原来的
B．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子具有能量，后者表明光子除具有能量之外还具有动量
C．铀235裂变的方程可能为
D．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定不大于入射光子的频率
10．下列说法正确的是（）
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象说明了光具有粒子性。
B．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，新形成的原子核会辐射γ光子，形成γ射线。
C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量
D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是
11．重核受到其他粒子轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为_______________。在此过程中,放出 _______________并释放大量能量。
12．2019年4月据中国核工业集团有限公司公布的消息，中国“人造太阳”环流器二号M（HL一2M）装置将于今年建成，其科研目标是探索可控核聚变研究，实现“人造太阳”的人类终极能源追求。核反应方程为。已知氘核质量为2. 0136u，氦核质量为3. 0150u，X质量为1. 0087u，1u的质量相当于931. 5MeV的能量，则：
（1）将核反应方程补充完整___________；
（2）求核反应中释放的核能___________（最后结果保留三位有效数字）
13．一静止的质量为M的铀核()发生α衰变转变成钍核()，放出的α粒子速度为v0、质量为m.假设铀核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能．
(1)写出衰变方程；
(2)求出衰变过程中释放的核能．
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：原子质量单位，1u相当于
（1）写出核衰变反应方程；
（2）算出该核衰变反应中释放出的核能．
参考答案
1．B
【解析】
A．铀核裂变的产物是多种多样的，不同的裂变产物是不一样的，故A错误；
B．重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去，这就是链式反应，铀核裂变时能同时释放2～3个中子，故B正确；
Ｃ．铀235受中子的轰击时，裂变的几率大，而铀238只有俘获能量在1?MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。所以为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235，故C错误。
D．要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。故D错误。
故选B。
2．C
【解析】
根据核反应中质量数和电荷数守恒可知，该反应释放出三个中子；
A．一个粒子，与结论不相符，选项A错误；
B．一个氘核，与结论不相符，选项B错误；
C．三个中子，与结论相符，选项C正确；
D．两个中子，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
3．A
【解析】
本题考查核反应方程中质量数和电荷数的守恒。
【详解】
ABCD.根据质量数、电荷数守恒可知，m=10，故A正确BCD错误。
故选A。
4．C
【解析】
A．半衰期与外界因素温度压强等无关，故A错误；
B．天然放射现象说明原子核内部是有结构的，并不是原子可以再分的，故B错误；
C．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能，故C正确；
D．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构，故D错误．
5．B
【详解】
①平均结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，故①错误；
②铀核裂变的一种核反应方程是U+n→Ba+Kr+3n，故②错误；
③质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损△m=2m1+2m2-m3，由质能方程可知，释放的能量△E=△mc2=（2m1+2m2-m3）c2，故③正确；
④辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故④正确；
⑤根据质量数和核电荷数守恒，可以写成其衰变方程为Cs→Bax，由方程可判断x是电子，故⑤正确；
⑥U→Th+X中X为α粒子，核反应类型为α衰变，故⑥错误；
⑦β衰变中，β粒子为电子，是由原子核的中子衰变成质子和电子释放出来的，而不是来自核外的电子，所以β衰变现象并不能够说明电子是原子核的组成部分，故⑦错误；
⑧放射性元素的半衰期非常稳定，和随温度变化无关，故⑧错误；
⑨放射性元素发生β衰变时所释放的电子，是由原子核内部中子衰变成质子和电子释放出来的，故⑨错误；
⑩比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，要向外释放核能，故⑩正确。
故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点睛】
本题考查了近代物理的知识。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。
结合近代物理的知识，掌握平均结合能、核裂变、质能方程、质量数和核电荷数守恒等基本概念就可以解题。
6．ACD
【解析】
A．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代继续下去的过程，选项A正确；
B．核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，选项B错误；
C．根据动量守恒有
mv0＝mv1＋12mv2
依据能量守恒有
mv02＝mv12＋×12mv22
联立可得
v1＝－v0
所以中子损失的动能为E0，选项C正确；
D．水泥防护层作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线，选项D正确。
故选ACD。
7．BC
【解析】
A．根据质量数守恒可知X的质量数
电荷数
所以中子数
故A错误；
B．根据链式反应的条件可知，铀块体积只有在大于临界体积时才能发生链式反应。故B正确；
C．根据裂变的特点可知，裂变反应中由于质量亏损释放出能量，故C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程可知，原子核反应过程中的质量亏损现象是不违背能量守恒定律的，故D错误。
8．CD
【解析】
A.β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的，选项A错误；
B.质子、中子结合成一个α粒子的核反应方程为
，
所释放的核能为
ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2，
选项B错误；
C.裂变是重核在中子的轰击下分裂成两个中等质量的核的过程，选项C正确；
D.据α衰变、β衰变的实质可知
→＋n＋m
根据质量数守恒和核电荷数守恒列方程
232=208+4n+0
90=82+2n-m
解得
n＝6，m＝4，
选项D正确；
9．ABD
【解析】
A．碘-131的半衰期大约为8天，三个月后，大约经历11次衰变，碘-131剩下约为原来的．故A正确。
B．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子具有能量之外还具有动量。故B正确。
C．铀235裂变的方程需要中子撞击，故C错误。
D．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定不大于入射光子的频率，故D正确；
10．ABD
【解析】
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，此现象称为康普顿效应，故A正确；
B．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变；放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，因此γ射线经常伴随α射线和β射线产生，故B正确；
C．结合能是指由于核子结合成原子核而放出的能量，不是原子核具有的能量，故C错误；
D．该核反应方程式符合质量数守恒与电荷数守恒，故D正确；
11．裂变 中子
【解析】
[1][2]重核受到其他粒子轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为重核的裂变，在此过程中,放出中子并释放大量能量。
12．
【解析】
第一空.根据质量数和电荷数守恒可知核反应方程为：
第二空.反应中的质量亏损：
由爱因斯坦质能方程
13．(1) ;(2)
【解析】
(1)根据质量数守恒和电荷数守恒得，衰变方程为：
(2)设钍核的反冲速度大小为v，由动量守恒定律得
可得
α粒子和钍核总动能
解得
14．（1） （2）5.49MeV
【解析】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为：；
（2）该核衰变反应中质量亏损为：△m=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u，
?根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能△E=△m?c2=0.0059×931=5.49MeV；