2020-2021学年高二物理教科版选修3-5题组训练：3.5-核裂变-Word版含解析.docx

5 核裂变

(时间：60分钟)
题组一　对核裂变的理解
1．当一个重核裂变时，它能产生的两个核 (　　)
A．肯定是稳定的
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可以是多种形式的两个核的组合
答案　BD
解析　重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会削减，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．
2．下列核反应中，属于核裂变反应的是 (　　)
A.5B＋n→Li＋He
B.U→Th＋He
C.7N＋He→8O＋H
D.U＋n→Ba＋Kr＋3n
答案　D
解析　由核裂变反应的特点知，D正确．
3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要缘由是 (　　)
A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多
B．它可能分裂成三部分或四部分
C．它能自动裂变，与体积无关
D．它比较简洁形成链式反应
答案　D
解析　铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必需要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．
4. U吸取一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，同时还放出 (　　)
A．一个α粒子 B．一个氘核
C．三个中子 D．两个中子
答案　C
解析　该裂变反应的方程为U＋n→Xe＋Sr＋3n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确．
5．一个U核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n―→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是 (　　)
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．由于裂变时释放能量，依据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．由于裂变时释放能量，消灭质量亏损，所以生成物的总质量数削减
答案　A
解析　X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，消灭质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误．
题组二　核反应堆、核能的计算
6．关于核反应堆，下列说法正确的是 (　　)
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是把握反应堆的功率
C．石墨的作用是吸取中子
D．冷却剂的作用是把握反应堆的温度和输出热能
答案　ABD
解析　铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸取中子的力量很强，作用是调整中子数目以把握反应速度，即把握反应堆功率，故B正确；慢中子最简洁引发核裂变，所以在快中子遇到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流淌，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，把握温度，故D正确．
7．1个铀235吸取1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数) (　　)
A．NA×196 MeV B．235NA×196 MeV
C．235×196 MeV D.×196 MeV
答案　D
解析　1 g纯 235U含有×NA个235U.因此1 g 235U吸取中子完全发生核反应可以释放出×196 MeV能量．
8．秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于92U的裂变，下列说法正确的是 (　　)
A．反应堆中核反应速度通常是接受调整92U的体积来把握的
B.92U的一种可能的裂变是92U＋n→54Xe＋Sr＋2n
C.92U是自然 放射性元素，上升温度后它的半衰期会缩短
D．一个92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J
答案　BD
解析　反应堆中核反应速度由把握棒(镉棒)吸取中子的多少来把握，A错；92U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身打算，与温度压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确．
9．一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并计算一个铀核裂变时释放的核能．已知mU＝235.043 94 u，mXe＝138.918 44 u，mSr＝93.915 47 u，mn＝1.008 665 u，1 u相当于931.5 MeV.
答案　U＋n→Xe＋Sr＋3n　179.5 MeV
解析　核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋3n
反应中的质量亏损为
Δm＝(mU＋mn)－(mXe＋mSr＋3mn)
＝(235.043 94＋1.008 665)u－(138.918 44＋93.915 47＋3×1.008 665)u＝0.192 7 u
所以，一个铀核裂变释放的核能为
ΔE＝0.192 7×931.5 MeV≈179.5 MeV
10．在全部能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程式U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的很多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________．以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________．
(2)有一座发电力量为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，铀核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的U的质量．
答案　(1)n　3　(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1 104 kg
解析　(1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗U的功率为P′＝＝ kW＝2.5×106 kW.
核电站每年消耗U的能量为
W＝P′t＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J
产生这些能量消耗的铀核的数目：
n＝＝＝2.83×1027(个)
每年消耗U的质量为
M＝nmU＝2.83×1027×390×10－27 kg＝1 104 kg.