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

PAGEPAGE4核裂變時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7題為單選，8～9題為多選)1.eq\o\al(235,92)U汲取一個(gè)慢中子后，分裂成eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)Sr，還放出(C)A．1個(gè)α粒子B．3個(gè)中子C．10個(gè)中子D．10個(gè)質(zhì)子解析：設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過(guò)程滿意質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒．由題意可知eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(235＋1＝136＋90＋x，,92＝54＋38＋y，))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝10，,y＝0.))由此判定該核反應(yīng)放出的肯定是中子，且個(gè)數(shù)是10，選項(xiàng)C正確．2．中國(guó)承諾到2024年碳排放量下降40%～45%.為了實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)任大國(guó)的承諾，我國(guó)將新建核電站項(xiàng)目．目前關(guān)于核電站獲得核能的基本核反應(yīng)方程可能是(A)A.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n B.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H D.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He解析：重核的裂變是指質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，A是裂變反應(yīng)，A正確；B為β衰變，C是發(fā)覺(jué)質(zhì)子的反應(yīng)，D是α衰變．3．2024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)法錯(cuò)誤的是(B)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前不后D．核反應(yīng)堆用過(guò)的核廢料具有很強(qiáng)的輻射性，要做特別處理解析：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)量所供應(yīng)的能量來(lái)說(shuō)，核燃料遠(yuǎn)大于煤炭所能供應(yīng)的能量，而不是采儲(chǔ)量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不前不后，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，要做特別處理，D正確．4．下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是(B)A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He B.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)nC.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e D.eq\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：重核的裂變是指重核在中子的轟擊下分裂成中等質(zhì)量原子核的核反應(yīng)，故B正確．5．鈾核裂變的一種方式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋eq\o\al(90,40)Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8X，該反應(yīng)式中的X是(C)A．α粒子 B．質(zhì)子C．負(fù)電子 D．正電子解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：反應(yīng)式中的X質(zhì)量數(shù)為235＋1－143－90－3＝0，而電荷數(shù)為eq\f(92－60－40,8)＝－1，故此粒子是電子，即為eq\o\al(0,－1)e，故C正確．6．一個(gè)eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則下列敘述正確的是(A)A．X原子核中含有86個(gè)中子B．X原子核中含有141個(gè)核子C．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，依據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)削減解析：X原子核中的核子數(shù)為(235＋1)－(94＋2)＝140(個(gè))，B錯(cuò)誤．中子數(shù)為140－(92－38)＝86(個(gè))，A正確．裂變時(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，C、D錯(cuò)誤．7.如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對(duì)該反應(yīng)堆的下列說(shuō)法中正確的是(B)A．鈾235簡(jiǎn)單汲取快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B．快中子跟慢化劑的原子核碰撞后的能量削減，變成慢中子，慢中子簡(jiǎn)單被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C．限制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，使限制棒插入淺一些，讓它少汲取一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些D．要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使限制棒插入深一些，使大量快中子碰撞限制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)快一些解析：快中子簡(jiǎn)單與鈾235擦肩而過(guò)，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量削減，變成慢中子，慢中子簡(jiǎn)單被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；限制棒由鎘做成，鎘汲取中子的實(shí)力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，使限制棒插入深一些，讓它多汲取一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，選項(xiàng)C、D都錯(cuò)誤．8．下列說(shuō)法正確的是(BD)A．鈾238發(fā)生α衰變成釷234時(shí)，α粒子與釷234的質(zhì)量之和等于鈾238的質(zhì)量B．鈾238發(fā)生α衰變成釷234時(shí)，α粒子與釷234的結(jié)合能之和肯定大于鈾238的結(jié)合能C．β衰變中釋放的β射線是原子核外電子擺脫原子核的束縛形成的高速電子流D．核反應(yīng)方程14N＋eq\o\al(4,2)He→17O＋X中，X是質(zhì)子且反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒解析：衰變的過(guò)程中有質(zhì)量虧損，即衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；結(jié)合能越大越穩(wěn)定，衰變后的產(chǎn)物相對(duì)于衰變前要穩(wěn)定，所以鈾核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和肯定大于鈾核的結(jié)合能，故B正確；β衰變釋放的電子是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來(lái)，故C錯(cuò)誤；依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得核反應(yīng)方程是eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，因系統(tǒng)合外力為零，則系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故D正確．9．關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是(CD)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)，肯定發(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，但核子數(shù)不變D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，放出核能解析：重核裂變過(guò)程出現(xiàn)質(zhì)量虧損，放出核能，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程，其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子時(shí)汲取的能量，A錯(cuò)誤，D正確．發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，鈾塊的體積必需大于其臨界體積，否則中子從鈾塊中穿過(guò)時(shí)，可能碰不到原子核，則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，B錯(cuò)誤．重核裂變時(shí)，核子數(shù)守恒，C正確．二、非選擇題10．每晝夜消耗220g鈾235的原子能發(fā)電站，假如效率為25%，它能產(chǎn)生的電功率為多大？(每個(gè)鈾核裂變時(shí)放出的能量是200MeV)答案：5.2×107W解析：一晝夜消耗的鈾所能產(chǎn)生的核能為：ΔE＝200×eq\f(220,235)×6.02×1023×106×1.6×10－19J≈1.8×1013J電功率P＝ηeq\f(ΔE,t)＝eq\f(1.80×1013×25%,24×3600)W≈5.2×107W.11．在全部能源中，核能具有能量大、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．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＋3eq\o\al(1,0)n是反應(yīng)堆中發(fā)生的很多核反應(yīng)中的一種，有一座發(fā)電實(shí)力為P＝1.00×106kW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)是上述核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過(guò)程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，eq\o\al(235,92)U核的質(zhì)量MU＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量．答案：1.10×103kg解析：設(shè)一年消耗的eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量為x千克，則消耗的核能為E核＝eq\f(x,MU)·ΔE，一年中產(chǎn)生的電能為E電，則E電＝Pt(t為一年時(shí)間)由題意知E電＝E核·η，則E核＝eq\f(E電,η)故eq\f(x,MU)·ΔE＝eq\f(Pt,η)，所以x＝eq\f(PtMU,ηΔE)≈1.10×103kg.12．钚的同位素離子eq\o\al(239,94)Pu發(fā)生α衰變后生成鈾(U)的一個(gè)同位素離子，同時(shí)放出能量為E＝0.09MeV的光子．從靜止的钚核中放出的粒子在垂直通過(guò)正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)．已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝2.22×104N/C，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝2.00×10－4T．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中的光速為c＝3×108m/s，電子電荷量為e＝1.6×10－19C)(1)寫(xiě)出該核反應(yīng)方程式．(2)求該光子的波長(zhǎng)．(3)求放出的粒子的速度大?。?4)若不計(jì)光子的動(dòng)量，求α粒子和鈾核的動(dòng)能之比．答案：(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He(2)1.38×10－11m(3)1.11×108m/s(4)235∶4解析：(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He.(2)由E＝hν，λ＝c/ν，得λ＝