高中物理魯科版5第四章核能第2節(jié)核裂變 2023版學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)12

學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十二)(建議用時(shí)：45分鐘)[學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)]1．(多選)當(dāng)一個(gè)重核裂變時(shí)，它所產(chǎn)生的兩個(gè)核()A．含有的質(zhì)子數(shù)較裂變前重核的質(zhì)子數(shù)不變B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)不變C．裂變時(shí)釋放的能量等于俘獲中子時(shí)得到的能量D．可能是多種形式的兩個(gè)核的組合【解析】由于在裂變反應(yīng)中吸收一個(gè)中子而釋放2～3個(gè)中子，質(zhì)子數(shù)并沒(méi)有發(fā)生變化，而兩個(gè)新核的中子數(shù)減少，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；反應(yīng)后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放能量，并不等于俘獲中子時(shí)得到的能量，在裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，而是多種多樣的，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．【答案】AD2．(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是()A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量B．中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，但不一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放核能的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程．釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積，如果體積小，中子從鈾塊中穿過(guò)時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生．在裂變反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒；即核子數(shù)守恒，所以核子數(shù)是不會(huì)減小的，因此選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，選項(xiàng)D正確．【答案】BD3．鈾核裂變時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說(shuō)法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772108】A．反應(yīng)堆中鈾的質(zhì)量是重要因素與體積無(wú)關(guān)B．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時(shí)產(chǎn)生的中子C．若鈾235的體積超過(guò)它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D．能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無(wú)關(guān)【解析】要使鈾核裂變發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必須等于或大于臨界體積，如果組成鈾塊的體積小于臨界體積，則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能直接引發(fā)新的裂變．如果鈾塊的質(zhì)量大，則其體積大，若超過(guò)臨界體積則發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，由此知A、B、D錯(cuò)誤，C正確．【答案】C4．(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來(lái)源，其一種裂變反應(yīng)式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.下列說(shuō)法正確的有()A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出B鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無(wú)影響C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制D．鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響【解析】根據(jù)裂變反應(yīng)的規(guī)律和影響半衰期的因素解決問(wèn)題．裂變反應(yīng)式中的eq\o\al(1,0)n為中子，鈾塊體積大于臨界體積，才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，且鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可控的，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期不受外界壓強(qiáng)、溫度的影響，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】AC5．下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n【解析】題目選項(xiàng)中，eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項(xiàng)是重核裂變，故B正確．【答案】B6．(多選)2023年以前我國(guó)將新增投產(chǎn)2300萬(wàn)千瓦的核電站，核電站與火電站相比較，下列說(shuō)法正確的是()A．核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量B．就可采儲(chǔ)量來(lái)說(shuō)，地球上核燃料資源遠(yuǎn)大于煤炭C．在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下D．核電站沒(méi)有任何污染【解析】核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量，A項(xiàng)正確；就可采儲(chǔ)量所提供的能量來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)大于煤炭所能提供的能量，而不是采儲(chǔ)量，B項(xiàng)錯(cuò)；在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下，C項(xiàng)正確；核電站是有污染的，核反應(yīng)堆用過(guò)的核廢料具有很強(qiáng)的輻射性，要做特殊處理，D項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】AC7．下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個(gè)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n.已知鈾235的質(zhì)量為9u，中子的質(zhì)量為7u，鍶90的質(zhì)量為7u，氙136的質(zhì)量為2u，則此核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝________u，釋放的核能ΔE＝________MeV.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772053】【解析】質(zhì)量虧損Δm＝u＋u－u－u－10×u＝u由ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能ΔE＝uc2＝×MeV＝MeV.【答案】8．落在日本廣島上的原子彈，相當(dāng)于2萬(wàn)噸TNT炸藥放出的能量．原子彈放出的能量約×1013J，試問(wèn)有多少個(gè)eq\o\al(235,92)U原子核進(jìn)行分裂？該原子彈中含eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量最小限度為多少千克？(一個(gè)eq\o\al(235,92)U原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200MeV)【解析】一個(gè)eq\o\al(235,92)U原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200MeV＝200×106eV＝×108××10－19J＝×10－11J.設(shè)共有n個(gè)eq\o\al(235,92)U核發(fā)生裂變：n＝eq\f×1013,×10－11)個(gè)≈×1024個(gè)，鈾的質(zhì)量m＝235×10－3×eq\f×1024,×1023)kg≈kg.【答案】×1024個(gè)kg[能力提升]9．(多選)我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來(lái)源于eq\o\al(235,92)U的裂變，下列說(shuō)法正確的是()\o\al(235,92)U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子\o\al(235,92)U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短D．一個(gè)eq\o\al(235,92)U裂變能放出200MeV的能量，合×10－11J【解析】由eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C錯(cuò)誤；因?yàn)?00MeV＝200×106××10－19J＝×10－11J，所以D正確．【答案】ABD10．(多選)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖4-2-1所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是()圖4-2-1A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要吸收能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能C．由原子核A裂變成原子核B和C時(shí)要吸收能量D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度【解析】原子核D和E的核子平均質(zhì)量大，結(jié)合成原子核F時(shí)存在質(zhì)量虧損，要釋放能量，A錯(cuò)誤；原子核A的核子平均質(zhì)量大，裂變成原子核B和C時(shí)質(zhì)量虧損，要放出核能，B正確、C錯(cuò)誤；鎘棒可以吸收中子，在反應(yīng)堆中能控制反應(yīng)速度，D正確．【答案】BD\o\al(235,92)U受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生eq\o\al(139,56)Ba和eq\o\al(94,36)Kr，同時(shí)放出200MeV的能量，現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬(wàn)千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來(lái)發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多少？(阿伏加德羅常數(shù)取×1023mol－1)【解析】每天發(fā)電的總量E＝24××103×5×108J＝×1013J.要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目n＝eq\f×1013,2×108××10－19)＝×1024(個(gè))．則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量m＝eq\f(n,NA)·μ＝eq\f×1024,×1023)×235×10－3kg＝kg.【答案】kg12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．(1)核反應(yīng)方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，eq\o\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為_(kāi)_______，a＝________.以mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能ΔE是多少？(2)有一座發(fā)電能力為P＝×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過(guò)程放出的核能ΔE＝×10－11J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝×107s)消耗的eq\o\al(235,)92U的質(zhì)量．【解析】(1)由反應(yīng)方程可知：X為eq\o\al(1,0)n，a為3，釋放的能量為ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗eq\o\al(2