上海市甘泉高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.2裂变及其应用 跟踪训练（含解析）

5.2裂变及其应用
1．下列说法正确的是（??）
A．天然放射象的发现，证明了原子具有能级结构
B．氘核的质量严格等于一个独立质子的质量和一个独立中子质量的和
C．频率为v的光可以使某金属发生光电效应，那么频率小于v的光也一定能使该金属发?生光电效应
D．氢原子只能吸收某些频率的光子，证明了氢原子的能级是不连续的
2．核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：（1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂；（4）冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（　　　）
A．使快中子减速，维持链式反应的进行
B．吸收中子，控制链式反应的速度
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高
D．控制铀的体积不要超过临界体积
3．核电站说法错误的是（ ）
A．反应堆是用人工的方法控制链式反应速度并获得核能的装置
B．核电站是利用反应堆中的核燃料放出的核能转变为电能的发电厂
C．核岛就是核爆炸后的孤岛
D．核电是经济、安全、干净的能源
4．重核受到其它粒子（如中子）轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为( )
A．衰变 B．聚变 C．裂变 D．化学变化
5．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
6．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是( )
A．铀238的衰变方程式为：→＋
B．和互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
7．下列说法正确的是
A．发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的强度有关
B．玻尔认为，原于中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
C．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
8．下面是铀核裂变反应中的一个：＋―→＋＋10
已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中( )
A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV
9．有关近代物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．碘131的半衰期为8天，1g碘131经过64天后未衰变的为
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．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会大于吸收光子的频率
10．受中子轰击时发生了裂变，核反应式为： ＋200 MeV，x为待求粒子,a是x的个数,则x为________,a=________.一次裂变反应质量亏损Δm是_____千克？现在建设发电能力为5.0×105 kW的核电站， 是原子锅炉内的燃料，假设核裂变释放的能量全部用来发电，1 mol的原子个数N＝6×1023个，那么一天需U235的质量为__________千克？
11．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源．
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳，如图a．结合图b可知，安全壳应当选用的材料是________．
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后________．
A．沉入海底 B．放至沙漠 C．运到月球 D．深埋地下
12．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件．
(1)核反应堆中的“燃料”是，完成下面的核反应方程式＋―→＋＋10；
(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核质量为89.907 7 u．1 u＝1.66×10－27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2%.
13．有人说物体燃烧释放出的能量就是静质能(m0c2)。又有人说核反应释放出的能量就等于静质能(m0c2)，你说对吗？
14．电子的静止质量m0＝9.11×10－31 kg.
(1)试用焦和电子伏为单位来表示电子的静质能．
(2)静止电子经过106 V电压加速后，其质量和速率各是多少？
参考答案
1．D
【解析】天然放射象的发现，证明了原子核具有能级结构，故A错误；依据质量亏损与质能方程，则氘核的质量小于一个独立质子的质量和一个独立中子质量的和，故B错误；根据光电效应发生条件，当频率为v的光可以使某金属发生光电效应，那么频率大于v的光也一定能使该金属发生光电效应，故C错误；氢原子只能吸收某些频率的光子，即有hγ=Em-En，证明了氢原子的能级是不连续的，故D正确；故选D．
2．B
【解析】
控制棒是用含有金属铪、铟、银、镉等材料做成的；可以有效吸收反应堆中的中子；中子越多，核反应越剧烈；故核反应堆就像一堆火一样，要想让核燃料的“火势”减弱或加强，可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现，插入得越深，“吃”掉的中子越多，拔出的越高，产生的中子越多；要想关闭核反应堆，只需把足够量的控制棒插入到核反应堆里即可；
A．使快中子减速，维持链式反应的进行，与结论不相符，选项A错误；
B．吸收中子，控制链式反应的速度，与结论相符，选项B正确；
C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高，与结论不相符，选项C错误；
D．控制铀的体积不要超过临界体积，与结论不相符，选项D错误；
故选B．
点睛：核电站主要利用核裂变的可控链式反应来发电的．能有效控制反应速度的主要部件即是控制棒．
3 C
【解析】
A：反应堆是用人工的方法控制链式反应速度并获得核能的装置．故A项正确．
B：核电站是利用反应堆中的核燃料放出的核能转变为电能的发电厂．故B项正确．
C：核岛是核电站安全壳内的核反应堆及与反应堆有关的各个系统的统称．核岛的主要功能是利用核裂变能产生蒸汽．故C项错误．
D：核电是经济、安全、干净的能源．故D项正确．
本题选说法错误的，答案应为C项．
4．C
【解析】
【详解】
重核受到其它粒子（如中子）轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为裂变．故C项正确．
5．A
【解析】核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．反应堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确．
6．D
【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A项正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B项正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C项正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D项错．
7．BC
【解析】发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的频率有关，与光强无关，选项A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B正确；经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，选项C正确；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，选项D错误；故选BC.
8．BD
【解析】计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。
9．AD
【解析】碘131的半衰期为8天，1g碘131经过64天后未衰变的为，选项A正确； 比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项B错误；裂变反应中反应物中应该有中子，选项C错误； 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会大于吸收光子的频率，选项D正确；故选AD.
10． 中子 3 3.56×10－28 kg 0.529 kg
【解析】试题分析：核反应过程中质量数与核电荷数守恒，由此可以得出x和a的值；求出发电站一天发的电能，然后求出消耗的铀的质量。
根据质量数守恒和电荷数守恒可得核反应式为：
由此可知：x为中子，a为3。
根据质能方程：ΔE＝Δmc2
代入数据可得：Δm＝3.56×10－28 kg
发电能力为5.0×105 kW的核电站，一天输出的电能为：E＝5.0×108×24×3600 J
一个U235裂变时放出的能量为E1＝200×106×1.6×10－19 J
所以每天所需的U235的个数为n＝E/E1，
这些U235的摩尔数为：n′=n/N
所需的质量为n′与U235的摩尔质量相乘即
联立以上可得：
点睛：本题主要考查了核反应方程式和核电站消耗的铀的质量的计算，核反应过程中，质量数与核电荷数守恒，求核电站消耗的铀的质量是本题的难点，要会根据物质的质量求出物质所含有的核的个数。
11．混凝土 D
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．安全壳应当选用的材料是混凝土；
（2）[2]．核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后深埋地下；故选D.
12． (1)＋―→＋＋10 (2)2.7×104 kg
【解析】 (1)＋―→＋＋10
(2)核电站每年放出的热量：
Q＝P·t＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016 J.
一个裂变放出的热量：
ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9－89.907 7－135.907 2－9×1.008 7)×1.66×10－27×(3×108)2 J
＝2.3×10－11 J.
需要浓缩铀：m＝＝2.7×104 kg.
13．不对
【解析】1 kg汽油所包含的静质能是9×1016 J，而1 kg汽油的燃烧值为4.6×107 J，这只是静质能的二十亿分之一，而核能约占它总静质能的8.5%，因而物体燃烧、核反应释放出的能量都只是静质能中极小的一部分。
14．(1)8.2×10－14 J　0.51 MeV　(2)2.95m0　0.94c
【解析】(1)由质能方程得：
E＝mc2＝9.11×10－31×(3×108)2 J＝8.2×10－14 J＝eV＝0.51 MeV.
(2)由能量关系得：eU＝(m－m0)c2，解得m＝＋m0＝kg＋9.11×10－31 kg＝2.69×10－30 kg＝2.95 m0.
结果表明速度已非常大，所以.
解得：v＝c ＝3×108×m·s－1＝0.94c.
点睛：本题考查了电子的静质能、电子质量与速度，应用质能方程、相对论公式即可解题，解题时注意单位换算．