学年高二物理上学期课时过关检测50.docx

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学年高二物理上学期课时过关检测50

课时训练18　核裂变

题组一　核裂变

1.下列核反应中,表示核裂变的是（　　）

AU

ThHe

BC

Ne

Cn

BaKr+n

DBeHe

Cn

解析U

ThHe是α衰变C

e是β衰变BeHe

Cn是人工转变,只有选项C是重核裂变。

答案:

C

2.（多选）关于裂变反应,下列说法中正确的是（　　）

A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分

B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量

C.铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分

D.所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应

解析:

用中子轰击U和Pu（钚）等少数几种重元素才能发生裂变反应,发生裂变的原子核可能分裂为两部分、三部分或四部分,但产生两部分的概率很大,由此可知B、C正确。

答案:

BC

3.利用重核裂变释放核能时选用铀235,主要因为（　　）

A.它比较容易发生链式反应

B.能自动裂变,与体积无关

C.铀核比较容易分裂成为三部分或四部分,因而放出更多的核能

D.铀235价格比较便宜,而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多

解析:

铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应,吸收低能量的中子裂变的几率更大。

答案:

A

4.U吸收一个慢中子后,分裂成Xe和Sr,还放出（　　）

A.1个α粒子B.3个中子

C.10个中子D.10个质子

解析:

根据所给产物写出核反应方程

XeSr+1n

所以C选项正确。

答案:

C

5.用中子轰击铀核U）,其中的一个可能反应是分裂成钡Ba）和氪Kr）两部分,放出3个中子。

各个核和中子的质量如下:

mU=390.3139×10-27kg,

mn=1.6749×10-27kg,

mBa=234.0016×10-27kg,

mKr=152.6047×10-27kg,

试写出核反应方程,算出反应中释放的核能。

解析:

根据电荷数及质量数守恒,可知此铀核裂变方程为BaKr+n。

则核反应前后的质量亏损为

Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.3578×10-27kg,

由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为

ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×（3×108）2J=3.2202×10-11J。

答案BaKr+n　3.2202×10-11J

题组二　核电站

6.（多选）国家重大科技专项示范项目CAP1400核电站在山东荣成石岛湾建设。

核电站与火电站相比较,其优势在于（　　）

A.核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量

B.就可采储量来说,地球上核燃料资源远多于煤炭

C.核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站

D.核电站比火电站更容易建造

解析:

核电站与火电站相比,相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多,地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍,只要措施得当,核电站造成的污染很小,核能属于清洁能源,A、B、C均正确;核电站的建造难度较大,D错误。

答案:

ABC

7.在核反应中,控制铀235核裂变反应速率的方法是（　　）

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,改变使用镉棒插入的深度,以改变反应堆中的中子数目

D.利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度

解析:

核反应堆中核裂变反应速度是通过调节镉棒的深度来改变中子数而实现的。

答案:

C

8.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。

中子在重水中可与H核碰撞减速,在石墨中与C核碰撞减速。

上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。

某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种材料减速效果更好?

解析:

设中子质量为mn,靶核质量为m,由动量守恒定律得mnv0=mnv1+mv2,

由能量守恒定律得mnmn,

解得v1=v0。

在重水中靶核质量mH=2mn,

v1H=v0=-v0。

在石墨中靶核质量

mC=12mn,

v1C=v0=-v0。

因为与重水靶核碰撞后中子速度较小,故重水减速效果更好。

答案:

重水

（建议用时:

30分钟）

1.裂变反应中释放出的能量来自于（　　）

A.核子消失转化为能量

B.原子中电子与原子核的电势能减小

C.入射的中子消失转化为能量

D.原子核的比结合能变大,释放出能量

解析:

发生核反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A错误;能量来自于原子核内部,因重核分裂为中等质量的核时,比结合能增加而释放出能量,D正确。

答案:

D

2.（多选）铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是BaKr+n。

下列说法正确的有（　　）

A.上述裂变反应中伴随着中子放出

B.铀块体积对链式反应的发生无影响

C.铀核的链式反应可人工控制

D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响

解析:

反应后的中子数多于反应前参与的中子数,所以该裂变反应中有中子放出,铀块的大小是链式反应能否发生的重要因素,裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积。

且链式反应可人工控制,放射性元素的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

选项A、C正确。

答案:

AC

3.（多选）人类通过链式反应利用核能的方式有（　　）

A.利用可控制的快中子链式反应,制成原子弹

B.利用不可控制的快中子链式反应,制成原子弹

C.利用可控制的慢中子链式反应,建成原子反应堆

D.利用不可控制的慢中子链式反应,建成原子反应堆

解析:

原子弹爆炸时,铀块的体积大于临界体积,快中子直接被铀核吸收,发生裂变反应,放出核能,链式反应速度不可控制,极短的时间内释放出大量的核能;原子反应堆释放核能的速度是稳定的,链式反应的速度可以控制,因此选B、C。

答案:

BC

4.一个U原子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→Sr+n,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.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加

D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少

解析:

X原子核中的核子数为（235+1）-（94+2）=140,B项错误。

中子数为140-（92-38）=86,A项正确。

裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,所以C、D项错误。

答案:

A

5.铀核裂变时,对于产生链式反应的重要因素,下列说法中正确的是（　　）

A.反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关

B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子

C.若铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应就能够发生

D.能否发生链式反应与铀块的质量无关

解析:

使铀核裂变产生链式反应,铀块的体积必须大于临界体积,但铀核的质量无论怎样,只要组成铀块的体积小于临界体积,则不会产生链式反应,裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中子不能直接引发新的裂变。

如果铀块的质量大,则其体积大,若超过临界体积则发生链式反应,由此知A、B、D错误,C正确。

答案:

C

6.（多选）下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是（　　）

A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型

B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线

C.据图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能

D.据图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量

解析:

卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型,则选项A对;放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,而γ射线不带电,它在电磁场中不会偏转,则选项B对;由题图可知,A为重核,B、C为中等质量的核,重核裂变为中等质量的核将向外释放出能量,则选项C对;而D、E为轻核,轻核聚变成较大质量的原子核时要向外释放巨大的能量,则选项D错。

答案:

ABC

7.（多选）为应对能源危机和优化能源结构,提高清洁能源的比重,我国制定了优先选择核能,其次加快发展风电和再生能源的政策,在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4000万千瓦的水平,请根据所学物理知识,判断下列说法中正确的是（　　）

A.核能发电对环境的污染比火力发电要小

B.核能发电对环境的污染比火力发电要大

C.所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能

D.既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量的原子能

解析:

目前核电站都用核裂变,其原料是铀,且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源,故A、C正确,B、D错误。

答案:

AC

8.核电站的核能来源于U核的裂变,下列说法中正确的是（　　）

A.U原子核中有92个质子、143个中子

BU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,反应方程式为U+

Sr+n

CU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.反应后的核废料已不具有放射性,不需要进一步处理

E.一个U核裂变的质量亏损为Δm=0.2155u,则释放的核能约201MeV

解析:

根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知A、B正确;特别要注意的是,由于重核裂变的可能性很多,只要满足这两个条件,即发生了分裂,都是可能反应中的一种;半衰期不会因为温度变化而变化,C错误;核裂变的核废料有强烈的放射性,必须深埋处理,D错误;根据爱因斯坦质量亏损方程知E正确。

答案:

ABE

9.已知铀核U）裂变生成钡Ba）和氪Kr）,Ba、Kr以及中子的质量分别是235.0439u、143.9139u、88.8973u和1.0087u。

我国秦山核电站一期工程的功率为30×104kW,假如U能够完全发生裂变,其中有一半核能转化为电能。

则核电站一年要消耗多少U?

（已知1u=1.66×10-27kg）

解析:

核裂变方程为BaKr+n。

则一个U裂变释放出来的核能ΔE=（235.0439u-143.9139u-88.8973u-2×1.0087u）×c2=0.2153×1.66×10-27×（3×108）2J=3.21×10-11J

每年核电站产生的总能量E=Pt=30×107×365×24×3600J=9.461×1015J

所以每年消耗的铀核个数为

N=个=5.894×1026个

因此每年需要铀的总质量为

m=·mmol=×235×10-3kg

=231.1kg。

答案:

231.1kg