上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.2裂变及其应用 课时作业（含解析）

5.2裂变及其应用
1．轻核聚变在人类实践中可提供巨大的核能源，最简单的聚变反应是中子n和质子P聚合成氘核D，在形成氘核后，接着会发生一系列的核反应：
①D+D→T+P+4.04 MeV ②D+D→He+n+3.27 MeV
③D+T→He+n+17.58 MeV ④D+He→He+P+18.4 MeV
在①②中产生的T和He在③④中得到充分利用的情况下，以上四个核反应的总效果可表示为6D→2He+2X+2n+E，对于上述核反应下列表述正确的是 ( )
A．X应为T
B．E应为50.7 MeV
C．参与反应的氘核中平均每个核子释放的能量约为3.6 MeV
D．He与T互为同位素
2．2．有关近代物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．碘131的半衰期大约为8天，1g碘131经过64天后，未衰变的大约为
B．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
C．铀235的裂变方程可能为
D．氢原子的发射光谱是连续谱
3．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是（ ）
A．生成物的X原子核中含有92个中子
B．通过高温处理可缩短Pu的半衰期，降低核泄漏的危害
C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有有很强的穿透能力
4．下列表述正确的是
A．α粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的
B．β衰变说明原子的原子核外部存在自由电子
C．玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
D．轻核聚变更为清洁、安全，目前大型核电站都是利用轻核的聚变发电的
5．下列核反应中，属于核裂变反应的是(　　)
A．
B．
C．
D．
6．在日本福岛核电站的核泄漏事故中，泄露的污染物中含有和两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射，其中的衰变方程为，其半衰期为8天，下列说法正确的是
A．该核反应中放出的电子来自原子的外层电子
B．原子核中含有53个中子
C．因为该反应出现质量亏损，所以核反应后的原子核总质量数减少了
D．经过16天，75％的原子核发生了衰变
7．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数粒子发生核反应的过程中都伴随着微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等，下列关于核反应的说法正确的是
A．衰变为，经过3次衰变，2次衰变
B．是衰变， 是衰变
C．是重核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速粒子轰击氮核可以从氮核中打出中子，经过一小段时间之后，速度变为
8．关于原子物理，下列说法正确的是（ ）
A．发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率和入射光的强度有关
B．大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中一种必与入射光频率相同
C．比结合能越小的原子核越稳定
D．是核聚变方程
9．居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的岩石会释放出放射性气体氡。人们若经常处于高浓度氡环境中，氡会经呼吸进入人体并停留于呼吸道中进行放射性衰变，放射出α、β、γ射线。这些射线会导致细胞发生癌变，引发肺癌、白血病及呼吸道等方面的疾病。下列说法正确的是（ ）
A．铀衰变为氡要经过4次α衰变和2次β衰变
B．处于激发态的氡原子发出一束蓝光照射到某金属能产生光电效应，若这束蓝光被遮住一半，则不会产生光电效应
C．放射性元素发生β衰变时所释放的负电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
D．放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，设中子、质子和α粒子的质量分别为m1、m2、m3，则2(m1+m2)=m3
10．关于原子核下列说法正确的是( )
A．原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子
B．铀235裂变方程为
C．原子核的比结合能越大越稳定
D．把放射性元素掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的衰变会变慢
11．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
12．若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－27 kg,1 u相当于931.50 MeV)
(1)写出铀核裂变的核反应方程_________________________________
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是___________ (取两位有效数字)
13．的质量是，质子的质量是，中子的质量是。则：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
（3）如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？
14．已知氘核()质量为2.0136 u，中子()质量为1.0087 u，氦核()质量为3.0150 u，1 u相当于931.5 MeV．
(1)写出两个氘核聚变成的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)。
15．已知质子的质量是、中子的质量也是，氢原子的质量是，碳原子的质量是，12个核子结合成碳核时，质量亏损是多少，碳原子核的比结合能是多少？
参考答案
1．C
【解析】
核反应遵守质量数和电荷数守恒，由此可知X应为，选项A错误；E应为43.29MeV,选项B错误；参与反应的氘核中平均每个核子释放的能量约为43.29MeV÷12≈3.6 MeV，选项C正确；质子数相同，中子数不同的元素互为同位素，故与不是同位素，选项D错误；故选C.
2．A
【解析】A. 碘131的半衰期大约为8天，1g碘131经过64天后，即经过8个半衰期，未衰变的质量，故A正确；
B、比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C、裂变不能自发进行，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等于吸收光子的频率，故D错误；
故选A。
【点睛】经过一个半衰期有半数发生衰变，结合衰变的次数求出未衰变的质量；比结合能越大，原子核越稳定；重核裂变不能自发进行；能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差。
3．D
【解析】A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则有92质子，143个中子，A错误；
B、改变元素所处的物理环境和化学状态，不会影响半衰期，B错误；
C、衰变后释放巨大能量，根据爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，C错误；
D、衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D正确；
故选：D
4．C
【解析】α粒子散射实验结果说明原子内部有核式结构，正电荷集中在原子核上，选项A错误；β衰变放出的电子是核内中子转化为质子时放出的，不能说明原子的原子核外部存在自由电子，选项B错误；玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，选项C正确；重核裂变更为清洁、安全，目前大型核电站都是利用重核裂变发电的，选项D错误；故选C.
5．D
【解析】A反应是原子核的人工转变方程；B反应是α衰变方程；C反应是原子核的人工转变方程；D反应是重核裂变反应；故选D.
6．D
【解析】该核反应中放出的电子来自原子核中的中子变成一个质子和一个电子，故A错误；
B、原子核中含有个中子，故B错误；
C、核反应释放能量，质量数不变，质量亏损，故C错误；
D、根据公式，解得，所以有75%的碘核发生了衰变，故D正确；
故选D。
【点睛】该核反应中放出的电子来自原子核中的中子变成一个质子和一个电子，核反应释放能量，质量数不变，质量亏损，衰变公式。
7．A
【解析】设经过了m次衰变，则：4m=234-222=12，所以m=3；经过了n次衰变，有：2m-n=90-86=4，所以n=2．故A正确；核反应方程是轻核聚变， 是β衰变，故B错误； 是重核裂，也是原子弹的核反应方程，C错误； 粒子轰击氮核可打出质子的核反应方程应，故D错误；故选A．
8．B
【解析】A、发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故A错误；
B、氢原子处于基态，被一束单色光照射时，先吸收能量，向高能级跃迁，然后又从高能级向低能级跃迁，放出能量，发出多种频率的光子，其中从激发态跃迁到基态发出光子的频率与入射光频率相同，故B正确；
C、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定；故C错误；
D、是重核裂变方程，故D错误；
故B。
9．A
【解析】铀衰变为氡，质量数减小16，而质子数减小6，经过一次次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，所以A正确；光的强度增大，则单位时间内逸出的光电子数目增多，遮住一半，光电子数减小，但仍发生光电效应，光电子最大初动能将不变，故B错误；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的，所以C错误；放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，由质量亏损，即为△m=2m1+2m2-m3，故D错误。故选A.
点睛：本题主要考查了3-5中的理论知识，只要在平时学习中多积累记忆不难做出解答，注意光电效应发生条件，理解质量亏损的概念．
10．C
【解析】原子核的β衰变过程是中子转变为质子而释放出电子的过程，核外电子没有参与该反应，选项A错误；铀235必须吸收慢中子后才能发生裂变，选项B错误；原子核的比结合能越大，原子核越难分离，原子核越稳定，选项C正确；放射性元素衰变的快慢与其物理、化学状态无关，选项D错误；故选C.
11．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
12． U＋n→Sr＋Xe＋10n 3.3×1027 MeV
【解析】(1)根据核反应的质量数与质子数守恒，生成物中中子的个数：n=235+1?90?136=10
则核反应方程为：U＋n→Sr＋Xe＋10n????????????????????
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
△m=(235.0439+1.0087)?(89.9077+135.9072+10×1.0087)=0.1507u；
所以△E=△m×931.5=0.1507×931.5MeV=140.38MeV；
9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是：
13．（1）释放核能；7.97MeV（2）7.97MeV；2.66MeV（3）1.92×1021Hz
【解析】
【详解】
（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是，
反应前各核子总质量为:
反应后新核的质量为:
质量亏损为
因反应的的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应。
释放的核能为
（2）氚核的结合能即为
它的比结合能为MeV
（3）放出光子的频率为
。
14．（1） （2）3.26 MeV
【解析】解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程为
(2)质量亏损
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以核反应中释放的核能为
15．0.098940u；7.68MeV
【解析】
【详解】
12个核子结合成碳核时的质量亏损，相当于6个氢原子与6个中子结合碳原子的质量亏损
碳原子核的比结合能为