2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核6核裂變課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE5-核裂變(25分鐘50分)一、選擇題(本題共4小題，每題5分，共20分)1.原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可限制的重核裂變的一種裝置，它主要由哪四部分組成()A.原子燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)、限制調(diào)整系統(tǒng)B.原子燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)C.原子燃料、減速劑、碰撞系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)D.原子燃料、中子源、原子能儲存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)【解析】選A。原子反應(yīng)堆里用的核燃料是用濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成的鈾棒；鈾235易俘獲慢中子，不易俘獲快中子，必需運(yùn)用減速劑(如石墨、重水、一般水)，讓快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量削減，變成慢中子；限制調(diào)整系統(tǒng)是用于調(diào)整中子的數(shù)目以限制反應(yīng)速度，它是由鎘做成的置放在鈾棒之間的一些限制棒及計(jì)算機(jī)調(diào)整系統(tǒng)組成；冷卻系統(tǒng)靠水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流淌，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時使反應(yīng)堆冷卻，保證平安。2.關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A.核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B.中子從鈾塊中通過時，肯定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.重核裂變時釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)削減D.由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變成中等質(zhì)量的核時，要產(chǎn)生質(zhì)量虧損，放出核能【解析】選D。依據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時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程，因而其釋放的能量是遠(yuǎn)大于其俘獲中子時汲取的能量的。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必需大于其臨界體積。假如體積小，中子從鈾塊中穿過時，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會削減的，因此A、B、C錯誤。重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于核子平均質(zhì)量減小，會發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能。綜上所述，D正確。3.(多選)我國秦山核電站第三期工程中有兩個60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于U的裂變，現(xiàn)有四種說法正確的是 ()A.U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子BU的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，核反應(yīng)方程為UnXeSr+nCU是自然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，上升溫度半衰期縮短。D.一個U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10-11J【解析】選A、B、DU有核子數(shù)235個，質(zhì)子數(shù)92個，中子數(shù)為235-92=143個，A正確；裂變反應(yīng)式滿意質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，B正確；半衰期與溫度無關(guān)，C錯誤；依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知D正確。4.(多選)下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個UnXeSr+1n。已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，則此核反應(yīng)中()A.質(zhì)量虧損為Δm=235.0439u+1.0087u-89.9077u-135.9072uB.質(zhì)量虧損為Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)uC.釋放的總能量為ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×(3×108)2JD.釋放的總能量為ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×931.5MeV【解析】選B、D。計(jì)算虧損質(zhì)量時要用反應(yīng)前的總質(zhì)量減去反應(yīng)后的總質(zhì)量，二者之差可用“u”或“kg”作單位，故A錯誤，B對；質(zhì)量單位為“u”時，可干脆用“1u的虧損放出能量931.5MeV”計(jì)算總能量，故D對；當(dāng)質(zhì)量單位為“kg”時干脆乘以(3.0×108)2，總能量單位才是焦耳，故C錯誤。二、非選擇題(12分)5.朝鮮一共進(jìn)行了六次被證明的核試驗(yàn)，韓美情報(bào)部門通過氙(Xe)和氪(Kr)等放射性氣體，推斷出朝鮮運(yùn)用的核原料是鈾(U)還是钚(Pu)，若該試驗(yàn)的核原料是U，則(1)完成核反應(yīng)方程式UnSrXe+_____。

(2)本次核試驗(yàn)釋放的能量相當(dāng)于7000噸TNT當(dāng)量，已知鈾核的質(zhì)量為m1、中子的質(zhì)量為m2、鍶(Sr)核的質(zhì)量為m3、氙(Xe)核的質(zhì)量為m4，光速為c，則一個U原子裂變釋放的能量ΔE=_______。

【解題指南】(1)依據(jù)反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒和反應(yīng)中的能量守恒，就可以寫出核反應(yīng)方程。(2)依據(jù)該反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損，用愛因斯坦的質(zhì)能方程就可算出釋放的核能?！窘馕觥?1)依據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得UnSrXe+1n(2)由ΔE=Δmc2得ΔE=(m1-m3-m4-9m2)c答案：(1)1n(2)(m1-m3-m4-9m2)c2【補(bǔ)償訓(xùn)練】一個鈾235汲取一個中子發(fā)生核反應(yīng)時大約放出196MeV的能量，則1g純U完全發(fā)生核反應(yīng)時放出的能量為(NA為阿伏加德羅常數(shù)A.NA×196MeV B.235NA×196MeVC.235×196MeV D.×196MeV【解析】選D。由于1mol的鈾核質(zhì)量為235g，1g鈾235的摩爾數(shù)為，因此1g鈾235釋放的能量E=×196【實(shí)力挑戰(zhàn)區(qū)】6.(6分)(多選)山東榮成石島灣核電站總裝機(jī)規(guī)模400萬千瓦。核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢在于 ()A.核燃料釋放出的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量B.就可采儲量來說，地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭C.核電站造成的污染大于相等發(fā)電實(shí)力的火電站D.核電站比火電站更簡單建立【解析】選A、B。核電站與火電站相比，相等質(zhì)量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大許多，地球上可開采核礦石儲量所能供應(yīng)的能量約為煤、石油的15倍，只要措施得當(dāng)，核電站造成的污染很小，核能屬于清潔能源，A、B均正確，C錯誤；核電站的建立難度較大，D錯誤。7.(12分U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時放出200MeV的能量?，F(xiàn)要建設(shè)發(fā)電實(shí)力是50萬千瓦的核電站，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用來發(fā)電，那么一天須要純鈾235的質(zhì)量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol-1)【解析】核電站一天的發(fā)電量為E=Pt=50×104×103×24×3600J=4.32×1013J據(jù)題意知，核電站一天的發(fā)電量就等于核電站在一天內(nèi)鈾235裂變所釋放的總能量，故核電站每天所消耗的鈾235核的個數(shù)為：n===1.35×1024(個)。故核電站一天須要的純鈾235的質(zhì)量為：m=·M=×235×10-3kg=0.527kg。答案：0.527kg【補(bǔ)償訓(xùn)練】一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.0287u)。u為原子質(zhì)量單位。該核衰變反應(yīng)方程式為_______；

該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為_____u；釋放的核能為_______MeV。