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1、16 核裂变基础巩固1.(多选)在下列四个方程中, x1、 x2、 x3和 x4各代表某种粒子,判断正确的是( )Sr Xe+3x1 H+x2 He n Th+x3 Mg He Al+x4 23592U+10n 9538 +13854 21 32 +10 23892U 23490 2412 +42 2713A.x1是中子 B.x2是质子C.x3是 粒子 D.x4是氚核解析 A 项,根据核电荷数和质量数守恒可得 x1的电荷数为 0,质量数为 1,因此确定 x1为中子,A 正确;B项,根据核电荷数和质量数守恒可得 x2的电荷数为 1,质量数为 2,因此确定 x2为氘核,B 错误;C 项,根据核电荷

2、数和质量数守恒可得 x3的电荷数为 2,质量数为 4,因此确定 x3为 粒子,C 正确;D 项,根据核电荷数和质量数守恒可得 x4的电荷数为 1,质量数为 1,因此确定 x4为质子,D 错误。答案 AC2.为使链式反应平稳进行,下列办法可行的是( )A.铀块可制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C.通过慢化剂将产生的中子减速D.用镉棒作为慢化剂使中子减速解析 由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积,故 A 错误;铀核裂变释放出的为快中子,不能直接用来轰击铀核,必须用慢化剂减速,而镉棒是用于控制中子数量的,故 C 正确,B、D 错误。答案 C3.核反应堆的工作原理是利用

3、中子轰击重核发生的裂变反应。在众多的裂变反应中,有一种反应方程为 Ba Kr+aX,其中 X 为某种粒子, a 为 X 的个数,则( ) 23592U+10n 14156 +9236A.X 为中子, a=2 B.X 为中子, a=3C.X 为质子, a=2 D.X 为质子, a=3解析 由核反应前后的质量数守恒和电荷数守恒,可计算出 a=3,且 X 为中子,故本题选 B。答案 B4.秦山核电站第三期工程中有两个 6105 kW 发电机组已实现并网发电。发电站的核能来源于U 的裂变,下列说法正确的是( ) 23592A.反应堆中核反应速度通常是采用调节 U 的体积来控制的 23592B U 的一

4、种可能裂变为 Xe Sr+ n.23592 23592U+10n 13954 +9538 210C U 是天然放射性元素,升高温度后它的半衰期会缩短.23592D.虽然核电站能提供很大的能量,但它对环境的污染比火电站严重解析 反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制,A 错 U 裂变有多种可能性,这;23592是其中常见的一种,B 对;放射性元素的半衰期由原子核本身决定,与温度、压强等外界条件无关,C错;核电站的核能是清洁能源,污染少,D 错。答案 B25.裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核 U 为燃料的反应堆中,当 U 俘获一个慢 23592 23592中子后发生的裂

5、变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:U235.043 9+ n1.008 7 Xe138.917 8+ Sr93.915 43 n23592 10 13954 9438 +10反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位 u 为单位)。已知 1 u 的质量对应的能量为 9.3102 MeV,此裂变反应释放出的能量是 MeV。 解析 E= mc2=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-31.008 7)9.3102 MeV179 .8 MeV。答案 179.86.现有的核电站常用的核反应之一是 Nd+Zr+ n+ e+:23592U+1

6、0n 14360 310 8 0-1 v(1)核反应方程中的 是反中微子,它不带电,质量数为零,试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数;v(2)已知铀核的质量为 235.043 9 u,中子的质量为 1.008 7u,钕(Nd)核的质量为 142.909 8 u,锆核的质量为 89.904 7 u,试计算 1 kg 铀 235 裂变释放的能量为多少?(已知 1 u 质量相当于 931.5 MeV 的能量,且 1 u=1.660 610-27 kg)解析 (1)锆的电荷数 Z=92-60+8=40,质量数 A=236-146=90。(2)1 kg 铀 235 中铀核的个数为n= 2 .56102

7、41235.043 91.660 610-27不考虑核反应中生成的电子质量,1 个铀 235 核裂变产生的质量亏损为 m=0.212 u,释放的能量为 E=0.212931.5 MeV197 .5 MeV则 1 kg 铀 235 完全裂变释放的能量为E=n E=2.561024197.5 MeV5 .11026 MeV。答案 (1)40 90 (2)8.11013 J7.一静止的 U 核经 衰变成为 Th,释放出的总动能为 4.27 MeV。问此衰变后 Th 核的 23892 23490 23490动能为多少 MeV(保留 1 位有效数字)?解析 据题意知,此 衰变的方程为 Th He 238

8、92U 23490 +42根据动量定理得 m v =mThvTh 式中, m 和 mTh分别为 粒子和 Th 核的质量, v 和 vTh分别为 粒子和 Th 核的速度的大小,由题设条件知m mTh =Ek 12 v 2+12 vTh2mmTh= 4234式中 Ek=4.27 MeV 是 粒子与 Th 核的总动能。由 式得 mTh Ek 12 vTh2= mm +mTh代入数据得, 衰变后 Th 核的动能 mTh =0.07 MeV 2349012 vTh23答案 0.07 MeV能力提升1.铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应 n a+b+ n:23592U+10 210则

9、a+b 可能是( )A Xe Kr B Ba Kr.14054 +9336 .14156 +9236C Ba Sr D Xe Sr.14156 +9338 .14054 +9438解析 根据核反应中的质量数守恒可知, a+b 的质量数应为 235+1-2=234,质子数应为 92,A 项中的质量数为 140+93=233,B 项中质量数是 141+92=233,C 项中质量数为 141+93=234,质子数为56+38=94,D 项中质量数为 140+94=234,质子数为 54+38=92,综上可知,答案为 D。答案 D2.下列说法正确的是( )A.12C 与 14C 是同位素,它们的化学性

10、质并不相同B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力C.在裂变反应 Ba Kr+ n 中 U 的结合能比 Ba 和 Kr 都大,但比结合能 23592U+10n 14456 +8936 310 ,23592 14456 8936没有 Ba 或 Kr 大 14456 8936D.、 三种射线都是带电粒子流解析 同位素的核外电子数相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A 错误;原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力,B 错误;核子数越多其结合能也越大,所以 U 的结合能比 23592Ba 和 Kr 都大,但 U 的比结合能比 Ba 和 Kr 都小,C 正确; 射

11、线、 射线都是 14456 8936 23592 14456 8936带电粒子流,而 射线是电磁波,不带电,故 D 错误。答案 C3.我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是( )A He n.31H+21H 42 +10B Ba Kr+ n.23592U+10n 14156 +9236 310C Pu Am e.23894 23895 + 0-1D Al He n.2713 +42 3015P+10解析 A 是聚变反应,

12、反应剧烈,不可人工控制;B 是裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C 是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D 是人工核反应,需要高能 粒子。答案 C4.(多选)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能Ba Kr+aX 是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X 是某种粒子, a 是 X 粒子的。 23592U+10n 14156 +9236个数,用 mU、 mBa、 mKr分别表示 Ba Kr 核的质量, mX表示 X 粒子的质量, c 为真空中的光 23592U、 14156、 9236速,以下说法正确的是( )A.X

13、为中子, a=2B.X 为中子, a=34C.上述核反应中放出的核能 E=(mU-mBa-mKr-2mX)c2D.上述核反应中放出的核能 E=(mU-mBa-mKr-3mX)c2解析 核反应中质量数守恒、电荷数守恒,则知 U+ Ba Kr+aX 中 X 为 n,a=3,故 A 23592 10n 14156 +9236 10错误,B 正确。由 E= mc2可得, E=(mU+mX-mBa-mKr-3mX)c2=(mU-mBa-mKr-2mX)c2,故 C 正确,D 错误。答案 BC5.(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电 U 是核电站常用的核燃料 U 受一,23592 。 23

14、592个中子轰击后裂变成 Ba 和 Kr 两部分,并产生 个中子。要使链式反应发生,裂变物 14456 8936质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积。 (2)取质子的质量 mp=1.672 610-27 kg,中子的质量 mn=1.674 910-27 kg, 粒子的质量m =6.646 710-27 kg,光速 c=3.0108 m/s。请计算 粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知 n Ba+ Kr+ n,可见产生了 3 个中子,链式反:23592U+10 14456 8936 310应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。(

15、2)根据爱因斯坦质能方程 E= mc2,可求: E=(2mp+2mn-m )c2=4.310-12 J。答案 (1)3 大于 (2)4.310-12 J6.静止的铀 238 U)经历一次 衰变成为 Th 原子核,同时放出一个 光子(频率为 ),已知 (23892粒子的质量为 m。(普朗克常量为 h,光速为 c)(1)写出衰变方程。(2)若衰变后, 粒子的速度为 v,而 Th 原子核的运动方向恰好与 粒子的速度方向相反,不考虑 光子的动量,那么 Th 原子核的速度为多大?(3)如果核反应放出的能量全部转化为粒子的动能和 光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损 m 为多大?解析 (1)由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为 Th He。 23892U 23490 +42(2)设 Th 核的反冲速度为 v0,由动量守恒定律得 0= mv0-mv1172解得 v0= v。2117(3)由能量守恒定律有 mv2+ m 2+h= mc212 121172 2v117解得 m= 。119mv2234c2+hc2答案 (1 Th He (2) v (3)23892U 23490 +422117 119mv2234c2+hc25