高中物理-核裂变课后训练

高中物理-核裂变课后训练基础巩固1．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是( )A．铀块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2．关于原子反应堆，下面哪种说法是错误的( )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的速率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内能3．(天津)一个23592U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235 92U＋1n→X＋9438Sr＋12n，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4．1个铀235核吸收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(N A为阿伏加德罗常数)( ) A．N A×196 MeV B．235 N A×196 MeVC．235×196 MeV D．N235A×196 MeV5．关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中穿过时，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6．国家重大科技专项示范项目CAP1400核电站，于2013年在山东荣成石岛湾开工建设。

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能力提升7．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23592U的裂变，现有四种说法：①23592U原子核中有92个质子，143个中子；②23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为23592U＋1 0n→13954Xe＋951380Sr+2n;③23592U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23592U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是( )A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④8．235 92U 受中子轰击时会发生裂变，产生144 56Ba 和8936Kr ，同时放出200 MeV 的能量。

现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。

假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023/mol)9．在所有能源中，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势。

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2351920U+n →141 56Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为______，a ＝______，以m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 核的质量，m n 、m p 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)有一座发电能力为P ＝1.00×106 kW 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 ，235 92U 核的质量M U ＝390×10－27 kg 。

求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量。

10．曾落在日本广岛上爆炸的原子弹，相当于2万吨TNT 炸药放出的能量。

原子弹放出的能量约8.4×1013 J ，试问有多少个235 92U 原子核进行分裂？该原子弹中含23592U 的质量最小限度为多少千克？(一个235 92U 原子核分裂时产生的能量约为200 MeV)参考答案1. 答案：C 点拨：使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，只要组成铀块的体积小于临界体积，就不会产生链式反应。

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。

相同密度下，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。

2．答案：C 点拨：石墨的作用是使中子减速。

3. 答案：A 点拨：X 原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140(个)，B 错误。

中子数为140－(92－38)＝86(个)，A 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，C 、D 错。

4. 答案：D 点拨：由于1 mol 的铀核质量为235 g,1 g 铀235的物质的量为1235，因此1 g 铀235释放的能量E ＝235A N ×196 MeV，故D 正确。

5. 答案：D 点拨：根据重核发生裂变的条件和裂变放出能量的原理分析可知，裂变时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少的，如235 92U 裂变为9038Sr 和13654Xe 的核反应，其核反应方程为：23592U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n ， 其中各粒子质量分别为m U ＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 67 u ，m Sr ＝89.907 7 u ，m Xe ＝135.907 2 u ，质量亏损为Δm ＝(m U ＋m n )－(m Sr ＋m Xe ＋10m n )＝0.151 0 u 。

可见铀核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C 错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减少，发生质量亏损，从而释放出核能。

故D 正确。

6. 答案：ABC 点拨：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。

7. 答案：D 点拨：由23592U 的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应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 。

8. 答案：0.527 kg点拨：核电站每天的发电量为：E ＝Pt ＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为： n ＝61920010 1.610E -⨯⨯⨯个＝13114.32103.210-⨯⨯个＝1.35×1024个 故发电站每一天需要的纯铀235的质量为：m ＝A n N ·M ＝24231.38106.0210⨯⨯×235×10－3 kg ＝0.527 kg 。

9. 答案：(1)中子(10n ) 3 [m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2 (2)110.477 kg点拨：(1)依据核电荷数守恒的质量数守恒定律可判断X 为中子(10n )，且a ＝3，据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2，即ΔE＝[m U－(m Ba＋m Kr＋2m n)]·c2。

(2)依题意可知，P＝1.00×106 kW，t＝3.15×107 s，η＝40%，M U＝390×10－27 kg，ΔE＝2.78×10－11 J。

则W输出＝P·t再据W总＝Wη输出，即W总＝P tη⋅，则核反应次数为n＝P tE η⋅⋅∆则每年消耗的235 92U的质量M U总＝n·M U，即M U总＝P·tη·ΔE·M U＝110.477 kg。

10.答案：2.6×1024个 1.015 kg点拨：一个23592U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV＝200×106 eV＝2.0×108×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J。

设共有n个23592U核发生裂变，则n＝13118.4103.210-⨯⨯≈2.6×1024(个)铀的质量m＝235×10－3×24232.6106.0210⨯⨯kg≈1.015 kg。