高中物理-核裂变练习 (2)

高中物理-核裂变练习

基础夯实

一、选择题(1～4题为单选题,5、6题为多选题)

1.235 92U 吸收一个慢中子后,分裂成136 54Xe 和9038Sr,还放出( C )

A ．1个α粒子

B ．3个中子

C ．10个中子

D ．10个质子 解析：设放出的粒子的质量数为x ,电荷数为y ,核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知

⎩⎪⎨⎪⎧235＋1＝136＋90＋x 92＝54＋38＋y 则⎩⎪⎨⎪⎧x ＝10y ＝0

由此判定该核反应放出的一定是中子,且个数是10,C 选项正确。

2．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺,我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( A )

A ．235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n

B ．2411Na ―→2412Mg ＋ 0－1e

C ．14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H

D ．238 92U ―→234 90Th ＋42He

解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核,A 是裂变反应,A 正确；B 为β衰变,C 是发现质子的反应,D 是α衰变。

3．1938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。下列关于这个实验的说法中正确的是( D )

A ．这个实验的核反应方程是235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋10n

B ．这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和

C ．这个反应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：根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程应为：235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋89

36Kr ＋31

0n,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,释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算,选项B 、C 不正确；核反应中产生的γ射线,穿透能力极强,是能量极高的光子,选项D 正确。

4．在核反应中,控制铀235核裂变反应速度的方法是( C )

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,以改变参与反应的中子数

D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度

解析：在核反应中,使用的浓缩铀达到临界条件才能发生链式反应；在反应中石墨作为“慢化剂”使快中子减速为慢中子,使铀核能进一步反应,故它们都不是用来控制核反应速度的方法,A、B、D错误。调节中子数目是控制反应速度的方法,镉棒具有很强的吸收中子的能力,C正确。

5．(重庆一中高二下学期期中)下列说法正确的是( AC )

A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为42H e＋147N→178O＋11H

B．铀核裂变的核反应是23592U→14156Ba＋9236Kr＋210n

C．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,那么,2个质子和2个中子结合成一个α粒子,释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2

D．铀(23892U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(20682Pb)的过程中,有4个中子转变成质子

解析：根据物理学史知选项A正确；铀核裂变必须吸收慢中子,B错误；根据爱因斯坦质能方程,知C正确；23892U→20682Pb＋842He＋60－1e,有6个中子转变或原子,故D错误。

6．关于原子核反应堆,下列说法正确的是( ABD )

A．铀棒是核燃料,裂变时释放核能

B．镉棒的作用是控制反应堆的功率

C．石墨的作用是吸收中子

D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能

解析：铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,A正确；镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,B正确；慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,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,控制温度,D正确。

二、非选择题

7．一个铀235核裂变时释放出196MeV的能量,则1kg铀235完全裂变时所放出的能量为多少？它相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量。(煤的热值为3.36×106J/kg) 答案：8.03×1013J 2.39×104t

解析：根据一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝196MeV。

1kg铀235中含原子核的个数为

N＝m

M U N A＝

1000

235

×6.02×1023≈2.56×1024

则1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量

ΔE N ＝N ΔE ＝2.56×1024×196MeV≈5.02×1026MeV ＝8.03×1013J ；

令q ＝3.36×106J/kg 为煤的热值,设m 为煤的质量,

则有ΔE N ＝qm ,

所以m ＝ΔE N q ＝8.03×10133.36×10

6kg ＝2.39×107kg ＝2.39×104t 。 能力提升

一、选择题(1～2题为单选题,3、4题为多选题)

1．关于重核的裂变,以下说法正确的是( D )

A ．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量

B ．中子从铀块中通过时,一定发生链式反应

C ．重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小

D ．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能

解析：根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时因铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量,链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积,如果体积小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生。在裂变反应中核子数是不会减小的,如235 92U 裂变为9038Sr 和136 54Xe 的核反应,其核反应方程为

235

92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋101

0n, 其中各粒子质量分别为

m U ＝235.0439u,m n ＝1.00867u,

m Sr ＝89.9077u,m Xe ＝135.9072u,

质量亏损为

Δm ＝(m U ＋m n )－(m Sr ＋m Xe ＋10m n )＝0.1510u

可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的,核子数是不会减少的,因此选项A 、

B 、

C 均错。重核裂变为中等质量的原子核时,由于核子平均质量小,会发生质量亏损,从而释放出核能。

综上所述,选项D 正确。

2．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235

92U 的裂变,现有四种说法：

①235 92U 原子核中有92个质子,143个中子；

②235 92U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程为235 92U ＋10n→139 54Xe ＋9538Sr ＋210n ；

③235 92U 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；