2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核6核裂變練習(xí)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE16核裂變基礎(chǔ)鞏固1.(多選)在下列四個(gè)方程中,x1、x2、x3和x4各代表某種粒子,推斷正確的是()①92235U+01n→3895Sr+54138Xe+3x1②12H+x2→23HeA.x1是中子 B.x2是質(zhì)子C.x3是α粒子 D.x4是氚核解析A項(xiàng),依據(jù)核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得x1的電荷數(shù)為0,質(zhì)量數(shù)為1,因此確定x1為中子,A正確;B項(xiàng),依據(jù)核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得x2的電荷數(shù)為1,質(zhì)量數(shù)為2,因此確定x2為氘核,B錯(cuò)誤;C項(xiàng),依據(jù)核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得x3的電荷數(shù)為2,質(zhì)量數(shù)為4,因此確定x3為α粒子,C正確;D項(xiàng),依據(jù)核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得x4的電荷數(shù)為1,質(zhì)量數(shù)為1,因此確定x4為質(zhì)子,D錯(cuò)誤。答案AC2.為使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)平穩(wěn)進(jìn)行,下列方法可行的是()A.鈾塊可制成任何的體積B.鈾核裂變釋放的中子可干脆去轟擊另外的鈾核C.通過慢化劑將產(chǎn)生的中子減速D.用鎘棒作為慢化劑使中子減速解析由于使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的體積應(yīng)大于臨界體積,故A錯(cuò)誤;鈾核裂變釋放出的為快中子,不能干脆用來轟擊鈾核,必需用慢化劑減速,而鎘棒是用于限制中子數(shù)量的,故C正確,B、D錯(cuò)誤。答案C3.核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生的裂變反應(yīng)。在眾多的裂變反應(yīng)中,有一種反應(yīng)方程為

92235U+01n→56141A.X為中子,a=2 B.X為中子,a=3C.X為質(zhì)子,a=2 D.X為質(zhì)子,a=3解析由核反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可計(jì)算出a=3,且X為中子,故本題選B。答案B4.秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)6×105kW發(fā)電機(jī)組已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電站的核能來源于

92235U的裂變,下列說法正確的是(A.反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度通常是接受調(diào)整

92235U的體積來B.92235U的一種可能裂變?yōu)?/p>

92235UC.92235U是自然放射性元素,D.雖然核電站能供應(yīng)很大的能量,但它對(duì)環(huán)境的污染比火電站嚴(yán)峻解析反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度由限制棒(鎘棒)汲取中子的多少來限制,A錯(cuò);92235U裂變有多種可能性,這是其中常見的一種,B對(duì);放射性元素的半衰期由原子核本身答案B5.裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng),以原子核

92235U為燃料的反應(yīng)堆中,當(dāng)

92235U235.0439+

01n1.0087→

54139Xe138.9178+反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)。已知1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3×102MeV,此裂變反應(yīng)釋放出的能量是MeV。

解析ΔE=Δm·c2=(235.0439+1.0087-138.9178-93.9154-3×1.0087)×9.3×102MeV≈179.8MeV。答案179.86.現(xiàn)有的核電站常用的核反應(yīng)之一是:92235U+01n(1)核反應(yīng)方程中的v是反中微子,它不帶電,質(zhì)量數(shù)為零,試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù);(2)已知鈾核的質(zhì)量為235.0439u,中子的質(zhì)量為1.0087u,釹(Nd)核的質(zhì)量為142.9098u,鋯核的質(zhì)量為89.9047u,試計(jì)算1kg鈾235裂變釋放的能量為多少?(已知1u質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量,且1u=1.6606×10-27kg)解析(1)鋯的電荷數(shù)Z=92-60+8=40,質(zhì)量數(shù)A=236-146=90。(2)1kg鈾235中鈾核的個(gè)數(shù)為n=1235.0439×1不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量,1個(gè)鈾235核裂變產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm=0.212u,釋放的能量為ΔE=0.212×931.5MeV≈197.5MeV則1kg鈾235完全裂變釋放的能量為E=nΔE=2.56×1024×197.5MeV≈5.1×1026MeV。答案(1)4090(2)8.1×1013J7.一靜止的

92238U核經(jīng)α衰變成為

90234Th,釋放出的總動(dòng)能為4解析據(jù)題意知,此α衰變的方程為

92238U依據(jù)動(dòng)量定理得mαvα=mThvTh①式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量,vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小,由題設(shè)條件知12mαvα2+12mmαm式中Ek=4.27MeV是α粒子與Th核的總動(dòng)能。由①②③式得12mThvTh2=代入數(shù)據(jù)得,α衰變后

90234Th核的動(dòng)能12mThvTh答案0.07MeV實(shí)力提升1.鈾是常用的一種核燃料,若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng):92235U+0則a+b可能是()A.54140Xe+3693Kr BC.56141Ba+3893Sr D解析依據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒可知,a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,質(zhì)子數(shù)應(yīng)為92,A項(xiàng)中的質(zhì)量數(shù)為140+93=233,B項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)是141+92=233,C項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為141+93=234,質(zhì)子數(shù)為56+38=94,D項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為140+94=234,質(zhì)子數(shù)為54+38=92,綜上可知,答案為D。答案D2.下列說法正確的是()A.12C與14C是同位素,它們的化學(xué)性質(zhì)并不相同B.核力是原子核內(nèi)質(zhì)子與質(zhì)子之間的力,中子和中子之間并不存在核力C.在裂變反應(yīng)

92235U+01n→56144Ba+3689Kr+D.α、β、γ三種射線都是帶電粒子流解析同位素的核外電子數(shù)相同,所以一種元素的各種同位素都具有相同的化學(xué)性質(zhì),A錯(cuò)誤;原子核內(nèi)相鄰的質(zhì)子和中子之間均存在核力,B錯(cuò)誤;核子數(shù)越多其結(jié)合能也越大,所以

92235U的結(jié)合能比

56144Ba和

3689Kr都大,但

92235U的比結(jié)合能比

56答案C3.我國(guó)科學(xué)家為解決“玉兔號(hào)”月球車長(zhǎng)時(shí)間處于黑夜工作的須要,研制了一種小型核能電池,將核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?須要的功率并不大,但要便于防護(hù)其產(chǎn)生的核輻射。請(qǐng)據(jù)此揣測(cè)“玉兔號(hào)”所用核能電池有可能接受的核反應(yīng)方程是()A.13HB.92235U+01C.94238Pu→95D.1327Al+2解析A是聚變反應(yīng),反應(yīng)猛烈,不行人工限制;B是裂變反應(yīng),雖然實(shí)現(xiàn)了人工限制,但因反應(yīng)猛烈,防護(hù)要求高,還不能小型化;C是人工放射性同位素的衰變反應(yīng),是小型核能電池主要接受的反應(yīng)方式;D是人工核反應(yīng),須要高能α粒子。答案C4.(多選)核反應(yīng)堆是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng),釋放出大量核能。92235U+01n→56141Ba+3692Kr+aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的很多核反應(yīng)中的一種,X是某種粒子,a是X粒子的個(gè)數(shù),用mU、mBa、mKrA.X為中子,a=2B.X為中子,a=3C.上述核反應(yīng)中放出的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-2mX)c2D.上述核反應(yīng)中放出的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-3mX)c2解析核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,則知

92235U+

01n→56141Ba+3692Kr+aX中X為

01n,a=3,故A錯(cuò)誤,B正確。由ΔE=Δmc2可得,ΔE=(mU+mX-mBa-mKr-3mX)c2=(mU答案BC5.(1)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電,92235U是核電站常用的核燃料。92235U受一個(gè)中子轟擊后裂變成

56144Ba和

3689Kr兩部分,并產(chǎn)生個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要(選填(2)取質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg,中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質(zhì)量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。請(qǐng)計(jì)算α粒子的結(jié)合能。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知:92235U+01n→

56144Ba(2)依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,可求:ΔE=(2mp+2mn-mα)c2=4.3×10-12J。答案(1)3大于(2)4.3×10-12J6.靜止的鈾238(92238U)經(jīng)驗(yàn)一次α衰變成為Th原子核,同時(shí)放出一個(gè)γ光子(頻率為ν),已知α粒子的質(zhì)量為m。(普朗克常量為h,光速為(1)寫出衰變方程。(2)若衰變后,α粒子的速度為v,而Th原子核的運(yùn)動(dòng)方向恰好與α粒子的速度方向相反,不考慮γ光子的動(dòng)量,那么Th原子核的速度為多大?(3)假如核反