学年高中物理 第十九章 原子核 . 核裂变课后提升作业新人教版选修

19.6 核裂变
课后提高作业
【基础达标练】
1.(多项选择)以下说法正确的选项是()
A.原子核在分裂也许聚合时释放的能量叫作核能
B.用中子轰击比较大的原子核可以使其发生裂变获取核能
C.核电站里的链式反应是可以控制的
D.原子弹发生爆炸时发生的链式反应也是可以控制的
【剖析】选A、B、C。

核能是指原子核在分裂也许聚合时由于质量损失所释放的能量,A正确;用中子轰击比较大的原子核使其发生裂变时,会有质量损失,我们可以获取该过程所释放的核能,B正确;核电站里的链式反应可以经过“慢化剂”和“镉棒”来控制,C正确;原子弹发生爆炸时发生的链式反应是不可以控的,也许说没有控制的必要,故D错误。

2.利用重核裂变释放核能时采用铀235核,主要原因是()
A.它裂变放出核能比其他重核裂变多
B.它可能分裂成三部分或四部分
C.它能自动裂变,与体积没关
D.它比较简单发生链式反应
【剖析】选D。

铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应,吸取低能量的中子裂变的几率更大,D项正确。

3.以下核反应中,表示核裂变的是()
【剖析】选B。

裂变是重核俘获中子后变成中等质量的原子核,同时还要放出几其中子。

应选B。

4.在核反应式U n Sr Xe+kX中()
A.X是中子,k=9
B.X是中子,k=10
C.X是质子,k=9
D.X是质子,k=10
【剖析】选B。

核反应方程应依照电荷数守恒和质量数守恒,在题目所给核反应中,设X的质子数为x,则核反应方程的左边质子数为92+0=92,右边质子数为38+54+x=92,x=0,X的质子数为0,因此X为中子,左边质量数为235+1=236,右边质量数为90+136+k×1=236,k=10,因此k的数值为10。

5.一个铀235吸取一其中子发生核反应时大体放出196 MeV的能量,则1 g纯
U完好发生核反应时放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)()
A.N A×196 MeV
B.235N A×196 MeV
C.235×196 MeV
D.×196 MeV
【剖析】选D。

由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为,因此1 g铀235释放的能量E=×196 MeV,故D正确。

6.(多项选择)下面是铀核裂变反应中的一个U n Xe Sr+1n。

已知铀235的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,锶90的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中()
A.质量损失为Δm=235.043 9u+1.008 7u-89.907 7 u-135.907 2u
B.质量损失为Δm=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)u
C.释放的总能量为ΔE=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)×(3×108)2J
D.释放的总能量为ΔE=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)×931.5 MeV
【剖析】选B、D。

计算损失质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量,二者之差可用“u”或“kg”作单位,故A错误,B对;质量单位为“u”时,可直接用“1u的损失放出能量931.5 MeV”计算总能量,故D对;当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2,总能量单位才是焦耳,故C错误。

7.裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核为燃料的反应堆中,当
俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:
已知的原子质量为235.043 9 u n的原子质量为1.008 7 u,的原子
质量为138.917 8 u,的原子质量为93.915 4 u,且1 u的质量对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是MeV。

【剖析】ΔE=Δm·c2=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7)×9.3×102MeV=1.8×102MeV。

答案:1.8×102
8.核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,是核电站常用的
核燃料。

受一其中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分,并产生其中子。

要使链式反应发生,裂变物质的体积要(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。

【剖析】由质量数和电荷数守恒可知Kr+n,可见产生了3其中子,链式反应的一个条件是铀燃料的体积必定大于或等于临界体积。

答案:3大于
【能力提高练】
1.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它的主要组成部分是()
A.核燃料、慢化剂、冷却系统和控制调治系统
B.核燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C.核燃料、调速剂、碰撞系统和热系统
D.核燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
【剖析】选A。

核反应堆的主要部分包括①燃料,即浓缩铀235;②慢化剂,采用石墨、重水和一般水;③控制棒,控制链式反应的速度;④冷却系统,水或液态钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆的热量传输出去用于发电,故A正确,B、C、D 错。

2.(多项选择)铀核裂变是核电站核能的重要本源,其一种裂变反应式是
U n Ba Kr+n。

以下说法正确的有()
A.上述裂变反应中陪同着中子放出
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.铀核的半衰期会碰到环境温度的影响
【剖析】选A、C。

由核反应方程知有中子生成,选项A正确;铀块体积和铀块纯度对链式反应的发生都有重要影响,B错误;核反应堆的铀核链式反应的速度可人工控制,C正确;放射性元素的半衰期由核自己的因素决定,与环境温度没关,D错误。

3.(2018·武汉高二检测)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为
4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)。

u 为原子质量单位。

该核衰变反应方程式为;
该反应中的质量损失为u;释放的核能为MeV。

【剖析】依照质量数守恒和核电荷数守恒可知核反应方程式为
U Th He。

质量损失为Δm=m U-m Th-m
=(232.037 2-228.028 7-4.002 6)u=0.005 9 u,
α
释放的核能为ΔE=Δmc2=0.005 9×931.5 MeV=5.5 MeV。

答案U Th He0.005 9 5.5
4.在可控核反应堆中需要使快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。

中子在重水中可与核碰撞减速,在石墨中与核碰撞减速。

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,经过计算说明,仅从一次碰撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪一种减速收效更好?
【剖析】设中子质量为M n,靶核质量为M,由动量守恒定律得
M n v0=M n v1+Mv2
由能量守恒定律得
M n=M n+M
解得v1=v0
在重水中靶核质量M H=2M n,
v1H=v0=-v0
在石墨中靶核质量M C=12M n,
v1C=v0=-v0
与重水靶核碰后中子速度较小,故重水减速收效更好。

答案:用重水作减速剂减速收效更好。