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

PAGEPAGE3核裂變時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7為單選，8～9為多選)1．利用重核裂變釋放核能時(shí)，選用鈾235核的主要緣由是(D)A．它裂變放出核能比其他重核裂變多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自動(dòng)裂變，與體積無關(guān)D．它比較簡單形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)解析：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是使裂變進(jìn)行下去的重要特征．2．原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可限制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要由哪四部分組成(A)A．原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和限制調(diào)整系統(tǒng)B．原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C．原子燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)D．原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)3．下列核反應(yīng)中，表示重核裂變的是(B)A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.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)eD.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．4．一個(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，削減的靜質(zhì)量變?yōu)閯?dòng)質(zhì)量，但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，C、D錯(cuò)誤．5．我國秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于eq\o\al(235,92)U的裂變，現(xiàn)有四種說法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子；②eq\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)方程式為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；③eq\o\al(235,92)U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；④一個(gè)eq\o\al(235,92)U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J.以上說法中完全正確的是(D)A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④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①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②正確；半衰期不受外界因素干擾，故③錯(cuò)誤；通過計(jì)算知④正確，故答案為D.6．1個(gè)eq\o\al(235,92)U汲取1個(gè)中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出200MeV的能量，則1g純eq\o\al(235,eq\a\vs4\al(92)U完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為(NA為阿伏加德羅常數(shù))(D)A．NA×200MeV B．235NA×200MeVC.eq\f(235,NA)×200MeV D.eq\f(NA,235)×200MeV解析：eq\o\al(235,92)U的摩爾質(zhì)量M＝235g/mol,1g純eq\o\al(235,92)U含有的原子個(gè)數(shù)N＝eq\f(1,M)NA＝eq\f(NA,235)，故放出的能量為eq\f(NA,235)×200MeV，D正確．7．一個(gè)鈾235汲取一個(gè)中子后發(fā)生的反應(yīng)方程是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，放出的能量為E，鈾235核的質(zhì)量為M，中子的質(zhì)量為m，氙136核的質(zhì)量為m1，鍶90核的質(zhì)量為m2，真空中光速為c，則釋放的能量E等于(C)A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)cD．(m1＋m2＋9m－M)c解析：鈾235裂變時(shí)的質(zhì)量虧損：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由質(zhì)能方程可得E＝Δmc2＝(M－m1－m2－9m)8．國家重大科技專項(xiàng)示范項(xiàng)目CAP1400核電站，于2013年在山東榮成石島灣開工建設(shè)．核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢在于(ABC)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(chǔ)量來說，地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭C．核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電實(shí)力的火電站D．核電站比火電站更簡單建立解析：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很多，地球上可開采核礦石儲(chǔ)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、C均正確；核電站的建立難度較大，D錯(cuò)誤．9．關(guān)于裂變反應(yīng)，下列說法中正確的是(BC)A．用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變，其肯定分裂為質(zhì)量差不多的兩部分B．鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)肯定釋放能量C．鈾核發(fā)生裂變時(shí)可能分裂成兩部分、三部分或四部分D．全部重核元素用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)解析：用中子轟擊eq\o\al(235,92)U(或eq\o\al(239,94)Pu)等少數(shù)幾種重核元素時(shí)能發(fā)生裂變反應(yīng)，發(fā)生裂變的原子核可能分裂為兩部分、三部分或四部分，但產(chǎn)生兩部分的概率很大，在裂變過程中有質(zhì)量虧損，釋放能量，由此知B、C正確．二、非選擇題10．在各種能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢．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．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)生的很多核反應(yīng)中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為eq\o\al(1,0)n，a＝3.以mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,eq\a\vs4\al(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為光在真空中的傳播速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.解析：依據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)以及核電荷數(shù)守恒得出結(jié)論，應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程求出核反應(yīng)過程放出的能量．11．某核反應(yīng)堆每小時(shí)消耗濃縮鈾(鈾235的含量占5%)200g，假定每個(gè)鈾核裂變時(shí)釋放的能量是200MeV，核反應(yīng)堆的效率為90%，求該核反應(yīng)堆的輸出功率．答案：2.0×108W解析：200g濃縮鈾中鈾235的含量為m＝200g×5%＝10g，則10g鈾235中含有的原子數(shù)為n＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(10,235)×6.02×1023≈2.56×1022.這些鈾在1h內(nèi)釋放的能量為Q＝nΔE2.56×1022×200×106×1.6×10－19J≈8.19×1011J，則此核反應(yīng)堆的輸出功率為P＝eq\f(Q×90%,t)＝eq\f(8.19×1011×0.9,3600)W≈2.0×108W.12．094型導(dǎo)彈核潛艇是中國最先進(jìn)的戰(zhàn)略核潛艇，水下最大航速為45節(jié)(1節(jié)＝1.852km/h)，核反應(yīng)堆最大輸出功率為4.5萬千瓦，最大續(xù)航里程為20萬海里(1海里＝1.852km)．假設(shè)1個(gè)eq\o\al(235,92)U核裂變放出能量是200MeV，鈾礦石含鈾235的濃度是4%，求：(1)當(dāng)核反應(yīng)堆達(dá)到最大輸出功率時(shí)，每秒至少有多少個(gè)鈾235原子核發(fā)生裂變？(2)核潛艇一次至少要裝入鈾礦石多少千克？答案：(1)1.4×1018個(gè)(2)220kg解析：(1)當(dāng)核反應(yīng)堆達(dá)到最大輸出功率時(shí)，每秒發(fā)生裂變的鈾235原子核數(shù)N＝eq\f(Pmt,ΔE)＝eq\f(4.5×107×1,200×106×1.6×10－19)個(gè)≈1.4×1018個(gè)．(2)最大續(xù)航時(shí)間tm＝eq\f(s,v)＝