2022-2022学年高中物理第十九章原子核第6节核裂变课时分层训练含解析新人教版选修3-5.doc

第6节　核裂变
「根底达标练」
1．(多项选择)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反响是U＋
n→Ba＋Kr＋3n，以下说法正确的有(　　)
A．上述裂变反响中伴随着中子放出
B．铀块体积对链式反响的发生无影响
C．铀核的链式反响可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
解析：选AC　铀核裂变释放出3个中子，故A选项正确；铀块体积需到达临界体积才能发生链式反响，所以铀块体积对链式反响的发生有影响，故B选项错误；铀核的链式反响通过控制棒来进行控制，故C选项正确；半衰期与外界因素无关，高温高压不会改变半衰期，故D选项错误．
2．中国承诺到2022年碳排放量下降40%～45%，为了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站工程．目前关于核电站获取核能的根本核反响方程可能是(　　)
A.U＋n→Sr＋Xe＋10n
B.Na→Mg＋e
C.N＋He→O＋H
D.U→Th＋He
解析：选A　目前我国的核电站是采用重核裂变释放的核能来发电．重核的裂变是指质量数较大的原子核在中子的轰击下分裂成多个中等质量的原子核，A是重核裂变反响，A正确；B为β衰变，C是人工转变，D是α衰变．
3．在核反响中，控制铀235核裂变反响速度的方法是(　　)
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：选C　控制铀235核裂变反响速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，到达控制核反响的目的，C正确．
4．1个铀235吸收1个中子发生核反响时，大约放出196 MeV的能量，那么1 g纯铀235完全发生核反响放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)(　　)
A．NA×196 MeV　　　 B．235NA×196 MeV
C．235×196 MeV D.×196 MeV
解析：选D　由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的物质的量为 mol，因此1 g铀235释放的核能E＝×196 MeV，选项D正确．
5．可控核反响堆是驱动航空母舰的理想设备．其工作原理是利用重核裂变反响释放出大量核能获得动力，U＋n→Ba＋Kr＋yX是假设干核反响中的一种，其中n为中子，X为待求粒子，y为X的个数，那么(　　)
A．X是中子，y＝4 B．X是电子，y＝3
C．X是质子，y＝2 D．X是中子，y＝3
解析：选A　核反响过程中电荷数守恒、质量数守恒，y个X粒子的总电荷数为92－56－36＝0，总质量数为235＋1－143－89＝4，分析可知X为中子，y为4，B、C、D选项错误，A选项正确．
6．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．以下关于这个实验的说法中正确的选项是(　　)
A．这个实验的核反响方程是U＋n→Ba＋Kr＋n
B．这是一个核裂变过程，反响后粒子质量之和大于反响前粒子质量之和
C．这个反响中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算
D．实验中产生的γ射线穿透能力极强
解析：选D　根据质量数守恒、电荷数守恒，可知铀核裂变的核反响方程应为U＋n→Ba＋Kr＋3n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反响中产生的γ射线穿透能力极强，是能量极高的光子流，选项D正确．
7．(多项选择)核反响堆是利用中子轰击重核发生裂变反响，释放出大量核能.U＋n→Ba＋Kr＋aX是反响堆中发生的许多核反响中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的选项是(　　)
A．X为中子，a＝2
B．X为中子，a＝3
C．上述核反响中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2
D．上述核反响中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－3mX)c2
解析：选BC　核反响中，质量数守恒、电荷数守恒，那么可知U＋n→Ba＋Kr＋aX中X为 n，a＝3，A错误，B正确；由ΔE＝Δmc2，可得ΔE＝(mU＋mX－mBa－mKr－3mX)c2＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2，C正确，D错误．
8．如图是慢中子反响堆的示意图，对该反响堆的以下说法中正确的选项是(　　)
A．铀235容易吸收快中子发生裂变反响
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反响
C．控制棒由镉做成，当反响过于剧烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反响的速度就会慢一些
D．要使裂变反响更剧烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反响的速度就会快一些
解析：选B　快中子容易与铀235“擦肩而过〞，铀核不能“捉〞住它，不能发生核裂变，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反响，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反响过于剧烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反响的速度就会慢一些，选项C、D错误．
9．在铀核裂变成钡和氪的裂变反响中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反响中平均每个核子释放的能量为多少？
解析：由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV.
铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量
≈0.85 MeV.
答案：200.6 MeV　0.85 MeV
「能力提升练」
10．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c.以下表达正确的选项是(　　)
A.U发生的是β衰变
B．Y原子核中含有56个中子
C．假设提高温度，U的半衰期将会变小
D．裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
解析：选D　根据衰变规律可知，U发生的是α衰变，A选项错误；根据电荷数守恒，质量数守恒可知，Y原子核中的电荷数为56，质量数为144，中子数为88，B选项错误；根据半衰期的规律可知，半衰期的大小与温度无关，C选项错误；根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量ΔE＝(m1－2m2－m3－m4)c2，D选项正确．
11．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法：
①U原子核中有92个质子，143个中子；
②U的一种裂变可能是变成两个中等质量的原子核，反响方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n；
③U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；
④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J.
以上说法中完全正确的选项是(　　)
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
解析：选D　由U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反响方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D.
12．核电站的核能来源于U核的裂变，以下说法中正确的选项是(　　)
A．反响后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理
B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和Sr，反响方程式为U＋n→Sr＋Xe＋n
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，那么释放的核能约201 MeV
解析：选D　反响后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，A选项错误；根据电荷数和质量数守恒，裂变的反响方程式可能为U＋n→Sr＋Xe＋2n，B选项错误；半衰期的大小由原子核内部因素决定，与外部环境无关，C选项错误；根据质能方程与质量亏损可知，U核的裂变时质量亏损，释放出大量能量，ΔE＝Δm·c2＝0.215 5×931.5 MeV＝201 MeV，D选项正确．
13．(多项选择)(2022·武汉模拟)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反响方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，局部原子核的比结合能与核子数的关系如下图，以下说法正确的选项是(　　)
A．核反响方程中，X粒子是中子
B．核反响方程中，X粒子是质子
C.U，Ba，Kr相比，Ba核的比结合能最大，它最稳定
D.U，Ba，Kr相比，U核的核子数最多，它的结合能最大
解析：选AD　根据铀核裂变的原理可知，铀核需要吸收一个中子后才会发生裂变，所以X一定是中子，A选项正确，B选项错误；分析比结合能随核子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以和U，Ba，Kr相比，Kr核的比结合能最大，最稳定，C选项错误；原子核中核子数越多的结合能越大，故与U，Ba，Kr相比，U核的核子数最多，它的结合能最大，D选项正确．
14．假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的．
(1)写出U衰变为Th的方程式；
(2)铀核质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，求衰变释放的能量．
解析：(1)反响方程为U→Th＋He.
(2)ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，代入数据得ΔE＝8.7×10－13 J.
答案：(1)U→Th＋He
(2)8.7×10－13 J
15．在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势．在核电站中，核反响堆释放的核能被转化为电能．核反响堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反响，释放出大量的核能．有一座核能发电站，发电能力P＝1×106 kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反响堆中发生的裂变反响全是U＋n→Ba＋Kr＋aX的核反响，每次核反响过程中放出的核能E1＝2.78×10－11 J，铀核的质量mU＝3.9×10－25 kg，求每年(365天)需要消耗的铀的质量．(结果保存2位有效数字)
解析：该核能发电站一年发出的电能为
W1＝Pt＝1×109×365×24×3 600 J＝3.153 6×1016 J
需要核反响产生的能量为
W＝＝7.008×1016 J
这么多核能需要燃烧的铀核质量为
m＝mU
代入数据，解得m≈983 kg≈0.98 t.
答案：(3)0.98 t