高中物理第五章核能与社会5.2裂变及其应用课后训练沪科版选修3_520171014160

裂变及其应用1．现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）。

A ．天然放射性元素衰变放出的能量B ．人工放射性同位素放出的能量C ．重核裂变放出的能量D ．化学反应放出的能量2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成（ ）。

A ．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B ．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C ．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统D ．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统3．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）。

A ．238234492902U Th+He → B ．235114489192056360U+n Ba+Kr+3e → C ．3030015141P Si+e → D ．941214260Be+He C+n →4．镉棒在核反应堆中所起的作用是（ ）。

A ．使快中子变成慢中子B ．使慢中子变成快中子C ．使反应速度加快D ．控制反应速度，调节反应速度的快慢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6．铀裂变的产物之一氪()903690Kr 是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆()904090Zr ，这些衰变是（ ）。

A ．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变7．已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm ＝0.215 3 u ，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？8．原子反应堆的功率为104 kW,1 h 消耗核燃料为8.75 g ，已知每个铀235裂变时放出200 MeV 的核能，求该燃料中铀235所占的百分比。

章末过关检测（五)(时间:60分钟,满分：100分）一、单项选择题（本题共6小题,每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确）1．关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（)A。

错误!U―→错误!Th＋错误!He 是α衰变B。

错误!N＋错误!He―→错误!O＋错误!H 是β衰变C.错误!H＋错误!H―→错误!He＋错误!n 是重核聚变D。

错误!Se―→错误!Kr＋2错误!e 是重核裂变解析：选A.B选项错误,这是卢瑟福发现质子的核反应；C选项错误，这是轻核聚变；D选项错误,这是β衰变．A选项正确．2．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反,科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质-—反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是( )A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析:选B。

反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成．3．原子核聚变可给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量．这几种反应的总效果可以表示为6错误!H―→k错误!He＋d错误!H＋2错误!n＋43。

15 MeV由平衡条件可知（)A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3解析：选B。

核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒,所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．4．关于铀核裂变，下述说法正确的是( ）A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行,最好使用铀238D．铀块的体积对产生链式反应无影响解析：选B.铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块并释放出几个中子,铀235受到中子的轰击时裂变的概率大,且可以俘获各种能量的中子而引起裂变；而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小．引起链式反应,必须使铀块体积超过临界体积．故B选项正确．5．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为1Q1，错误!H＋错误!N→错误!C＋X＋Q2方程中Q1、Q2表示释放的1H＋错误!C→错误!N＋能量，相关的原子核质量见下表：A．X是错误!He,Q2＞Q1B．X是错误!He,Q2＞Q1C．X是错误!He，Q2＜Q1D．X是错误!He，Q2＜Q1解析:选B.11H＋错误!C→错误!N中质量亏损为Δm1＝(1.007 8＋12.000 0－13。

核能利用与社会发展1．我国已建成投产和已开工兴建的核电站选址都在沿海岛屿，这主要是为了（）。

A．考虑辐射安全B．便于核废料处理C．便于运输设备D．减小可能的核泄漏所造成的影响2．下列说法中不正确的是（）。

A．21H+31H 24 He+01n 是聚变B．29325 U+10n 15349 Xe+9348Sr+310n 是裂变C．22868 Ra 22826 Rn+24 He 是α衰变D．24 24 011 Na 12 Mg+1e 是裂变3．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23592 U 的裂变，现有四种说法：①23592 U 原子核中有92个质子，有143个中子②29325 U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程式为：235 1 139 94 192 U+0 n 54 Xe+38Sr+30 n③29325 U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期变短④一个23592 U 裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×1011 J以上说法中完全正确的有（）。

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④4．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。

太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（）。

A．1036 kg B．1018 kgC．1013 kg D．109 kg5．在核电站中，反应堆里铀核的裂变将________能转化为________能；蒸汽推动汽轮机运转，将________能转化为________；汽轮机带动发电机发电，将________能转化为________ 能。

能量既不会________，也不会________，它只会从________，或者从________，而能量的总量保持不变，这就是能量的转化和守恒定律。

6．核电站中采用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。

5．3 聚变与受控热核反应5．4 核能利用与社会发展[学习目标] 1.了解核聚变及其特点和条件.2.会判断和书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量．核聚变[导学探究]1．为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几千万开的高温？答案轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度．2．目前人们能实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？如何实现对热核反应的控制？答案(1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应，但这是不可控制的．(2)实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温．(3)可能实现对热核反应的控制方法：磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置．惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应．[知识梳理] 对核聚变的认识1．核聚变(1)定义：使平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核，同时释放核能．(2)核反应举例：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.(3)聚变的条件：必须使原子核的距离达到10－15 m以内，为此必须有几千万开以上的高温才行，所以，聚变又叫热核反应．2．受控热核反应(1)“托卡马克”：是一种利用强磁场约束等离子体的环流器．(2)激光聚变的构想：1964年，我国著名物理学家王淦昌与苏联科学家各自独立地提出了激光聚变的构想，即用高功率的激光束打在氘、氚组成的靶丸上，产生高温使核燃料发生核聚变．3．核能的优越性(1)核燃料提供的能量巨大．(2)核燃料的储量丰富．(3)核燃料的运输和储存方便．(4)清洁卫生，对环境的污染小．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)核聚变时吸收能量．( ×)(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( √)(3)轻核聚变比裂变更完全、清洁．( √)(4)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．( √)核聚变的特点及应用1．核聚变的特点(1)轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．(2)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(3)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(4)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．2．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．3．重核裂变与轻核聚变的区别例1 氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H ＋31H ―→42He ＋x ，式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeVc2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．答案 10n(或中子) 17.6解析 根据质量数和电荷数守恒可得x 是10n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为 ΔE ＝Δm ·c 2≈17.6 MeV.1．(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( ) A.31H ＋21H ―→42He ＋10n 是核聚变反应 B.31H ＋21H ―→42He ＋10n 是β衰变C.23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应 D.23592U ＋10n ―→14054Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变 答案 AC解析 两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A 对，B 错；重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C 对；原子核放出α或β粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变．原子核的衰变的反应物只有一种，故D 错．2．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．该聚变过程中( )A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He答案 B3．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(已知质子质量为m H＝1.007 3 u，氦核质量为m He＝4.001 5 u，正电子质量为m e＝0.000 55 u，结果保留两位小数，1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量？答案(1)411H→42He＋20＋1e (2)24.78 MeV解析(1)由题意可得核反应方程为411H→42He＋20＋1e.(2)反应前的质量m1＝4m H＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝m He＋2m e＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4．002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.一、选择题(1～5题为单选题，6～7题为多选题)1．下列关于聚变的说法中，不正确的是( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几千万开的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几千万开的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行答案 D解析轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，故必须克服库仑斥力做功，A正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几千万开的高温，B正确；热核反应必须在几千万开的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D错．2．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A ．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B ．聚变反应中平均每个核子释放的能量一定比裂变反应大C ．聚变反应中粒子的平均结合能变小D ．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大 答案 B3．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He ＋32He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( ) A ．聚变反应不会释放能量 B ．聚变反应产生了新的原子核 C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一；目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电． 4．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST ，俗称“人造太阳”)．设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为m 1，氚核(31H)的质量为m 2，反应后氦核(42He)的质量为m 3，中子(10n)的质量为m 4，光速为c ，下列说法正确的是( ) A ．这种装置中发生的核反应方程式是21H ＋31H ―→42He ＋10n B ．由核反应过程质量守恒可知m 1＋m 2＝m 3＋m 4 C ．核反应放出的能量等于(m 1－m 2－m 3－m 4)c 2D ．这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同 答案 A解析 核反应方程为21H ＋31H ―→42He ＋10n ，选项A 正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，选项B 、C 错误；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D 错误．5．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H ＋12 6C ―→137N ＋Q 1① 11H ＋157N ―→126C ＋X ＋Q 2②方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：以下推断正确的是( ) A ．X 是32He ，Q 2>Q 1B ．X 是42He ，Q 2>Q 1C ．X 是32He ，Q 2<Q 1 D ．X 是42He ，Q 2<Q 1答案 B解析 由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X 为42He ，①式的质量亏损为Δm 1＝1.007 8 u ＋12.000 0 u －13.005 7 u ＝0.002 1 u ．②式的质量亏损为Δm 2＝1.007 8 u ＋15.000 1 u －12.000 0 u －4.002 6 u ＝0.005 3 u ，所以Δm 2>Δm 1.根据质能方程ΔE ＝Δmc 2可求得Q 2>Q 1，故选B.6．关于核反应的类型，下列表述正确的有( ) A.23892U ―→23490Th ＋42He 是α衰变 B.147N ＋42He ―→178O ＋11H 是β衰变 C.21H ＋31H ―→42He ＋10n 是轻核聚变 D.8234Se ―→8236Kr ＋2 0－1e 是重核裂变 答案 AC7．核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m 1，中子的质量为m 2，32He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法中正确的是( )A ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是质子 B ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子 C ．两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(m 1－m 3－m 4)c 2D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性 答案 BD解析 由核反应方程知221H→32He ＋10X ，X 应为中子，释放的核能应为ΔE ＝(2m 1－m 3－m 2)c 2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A 、C 均错误，B 、D 正确． 二、非选择题8．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋____________→84Be ＋γ. (2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________________． 答案 (1)42He (2)18(或12.5%)解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m 余＝m 原(12)3＝18m 原．9．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”(即32He)，它是热核聚变的重要原料，如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氦3核与氘核发生聚变反应有质子流产生．(1)写出核反应方程；(2)若该反应中质量亏损为9.0×10－30kg ，且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能(聚变前粒子的动能可忽略不计)． 答案 (1)32H ＋21H→11H ＋42He (2)8.1×10－13J解析 (1)根据题意设生成的新核为AZ X ，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3＋2＝ 1＋A ，解得A ＝4根据核反应过程中电荷数守恒可得2＋1＝1＋Z 解得Z ＝2，故新核为42He所以核反应方程式为32H ＋21H→11H ＋42He(2)设核反应过程中质量亏损为Δm ，根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2可得释放的能量ΔE ＝9.0×10－30×(3×108)2 J ＝8.1×10－13J由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的总动能为8.1×10－13J.10．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104m/s 的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103m/s ，方向与中子的运动方向相反． (1)试写出核反应方程； (2)求出氦核的速度大小；(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量．(已知氘核质量为m D ＝2.014 102 u ，氚核质量为m T ＝3.016 050 u ，氦核质量m He ＝4.002 603 u ，中子质量m n ＝1.008 665 u,1 u ＝1.660 6×10－27kg)答案 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He (2)2×104m/s (3)2.82×10－12 J解析 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He.(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得m n v 0＝－m T v 1＋m He v 2v 2＝m n v 0＋m T v 1m He≈2×104 m/s.(3)质量亏损为Δm ＝m D ＋m T －m He －m n ＝(2.014 102＋3.016 050－4.002 603－1.008 665) u ＝0.018 884 u≈3.136×10－29kg根据爱因斯坦质能方程得：ΔE ＝Δmc 2＝3.136×10－29×(3×108)2 J≈2.82×10－12J.。

聚变与受控热核反应1．关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法正确的是（）。

A．它们都是利用核聚变释放原子能的 B．它们都是利用核裂变释放原子能的C．裂变和聚变的核燃料都可以是纯铀235D．一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能2．下列核反应中属于核聚变的是（）。

A．21H+31H24He+01nB．23940Th23941Pa+01eC．235113995192U+0n54Xe+38Sr+20nD．941214Be+2He6O+0n3．一个质子和一个中子聚变组合成一个氚核，同时辐射出一个γ光子。

已知质子、中子、氚核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）。

A．核反应方程是1131H+0n1H+γB．聚变反应的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子能量E＝（m3－m1－m2）chD．γ光子的波长(m m m)c21234．原子核聚变渴望给人类未来提供丰富的洁净能源。

当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。

这几种反应的总效果可以表示为6H k He+d H+2n＋43.15 MeV，由平衡条件可知（）。

241 11210A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝35．央视报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托卡马克试验装置并调试成功；这种装置被称为“人造太阳”（如图所示），它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续的输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。

在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是（）。

A．1441717N+2He8O+1HB．23411H+1H2He+0nC．238234492U90Th+2HeD．29325U+01n15461Ba+3926Kr+301n6．科学家发现在月球上含有丰富的32He（氦3）。

5.2裂变及其应用学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）52裂变及其应用裂变及其应用学习目标1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.会判断和书写核裂变方程，能计算核反应释放的能量.3.了解核电站的安全性能及核废料的处理一.核裂变和链式反应导学探究如图1为铀核裂变示意图图11铀核裂变是如何发生的答案1核子受激发当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状2核子分裂核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应2铀核裂变在自然界中能自发进行吗答案重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应知识梳理1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程2铀核裂变23592U裂变的产物及核反应方程123592U裂变为锶9538Sr和氙13954Xe，核反应方程10n23592U9538Sr13954Xe210n.223592U裂变为钡14156Ba和氪9236Kr，核反应方程10n23592U14156Ba9236Kr310n.3链式反应铀核裂变时，通常会放出2到3个中子，这些中子可以作为新的“炮弹”轰击其他的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应4发生链式反应的条件1发生裂变物质的体积大于等于临界体积或发生裂变物质的质量大于等于临界质量2中子的“再生率”要大于1.即学即用判断下列说法的正误1铀核的裂变是一种天然放射现象2铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去3中子的速度越快，越容易发生铀核裂变4铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子二.核电站1核电站利用核能发电，它的核心设施是裂变反应堆，主要由以下几部分组成1裂变材料铀棒；2慢化剂铀235容易捕获慢中子而发生反应，通常用石墨.重水或普通水也叫轻水作慢化剂；3控制棒用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反应强度；4反射层一般用石墨做材料，阻止中子逃逸；5热交换器利用水循环，把反应堆中的热量传输出去；6防护层由金属套.防止中子外逸的水层以及12m厚的钢筋混凝土构成2裂变反应堆的常见类型1重水堆采用重水做慢化剂的反应堆2高温气冷堆采用石墨为慢化剂.氦为冷却剂的反应堆3快中子增殖反应堆以铀235作为主要裂变材料的反应堆其最大特点是可以合理利用有限的铀资源，使核燃料增殖3核电站的工作模式以核反应堆为能源，用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电4核安全性与核废料处理1核电站的安全性能为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道安全屏障第一道屏障二氧化铀陶瓷体燃料芯块第二道屏障锆合金包壳第三道屏障由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界第四道屏障安全壳2核废料的处理我国对核废料采用后处理技术，即先回收铀.钚等，然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料即学即用判断下列说法的正误1核反应堆通过调节中子数目以控制反应速度2核反应堆用过的核废料无毒无害3快中子和减速剂中的原子核碰撞后，变为慢中子一.重核裂变与其释放核能的计算1常见的裂变方程123592U10n13954Xe9538Sr210n223592U10n14456Ba8936Kr310n2链式反应发生的条件1铀块的体积大于或等于临界体积体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核2有足够浓度的铀235.3有足够数量的慢中子3裂变反应的能量铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能，裂变时能产生几百万度的高温4铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应例1xx临川一中质检1938年德国化学家.物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为23592U10n14156Ba9236Kr3X.下列说法正确的是A核反应方程中X为质子B核反应方程中X为电子C 钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大D此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的答案C解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中X为中子10n，A.B错误；根据原子核的平均结合能曲线可知，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，C正确；如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，所以铀块的体积对于维持核反应是很重要的，D错误重核裂变的实质1重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程2重核的裂变是释放核能反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能要小所以在重核分裂成中等质量的核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量针对训练核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积不能________选填“大于”或“小于”它的临界体积答案3小于解析由质量数守恒和电荷数守恒可知，裂变的核反应方程为23592U10n14456Ba8936Kr310n，可见产生了3个中子；链式反应发生的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积例2用中子轰击铀核23592U，其中的一个可能反应是分裂成钡14156Ba和氪9236Kr两部分，放出3个中子各个核和中子的质量如下mU390.31391027kg，mn1.67491027kg；mBa234.00161027kg，mKr152.60471027kg.试写出核反应方程并求出反应中释放的核能答案10n23592U14156Ba9236Kr310n3.22021011J解析铀核裂变方程为10n23592U14156Ba9236Kr310n，则核反应前后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn3.5781028kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为Emc23.578102831082J3.22021011J.二.核电站1核电站的主要部件及作用如下表部件名称项目慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨.重水或普通水也叫轻水镉或硼钢水或液态的金属钠金属套.防止中子外逸的水层以及很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收减速后的中子，控制反应强度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.核电站发电的优点1消耗的核燃料少2作为核燃料的铀.钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大3对环境的污染要比火力发电小例3多选关于核反应堆，下列说法正确的是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传输热量答案ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故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强度，即控制反应堆功率，故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，故C错误；冷却剂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，故D 正确.1对核裂变的理解一个23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U10nX9438Sr210n，则下列叙述正确的是AX原子核中含有86个中子BX原子核中含有141个核子C因为裂变时释放能量，根据Emc2，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答案A解析X原子核中的核子数为2351942140个，B错误；中子数为140923886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错误2核裂变反应方程的认识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23592U10nab210n，则ab可能是A.14054Xe9336KrB.14156Ba9236KrC.14156Ba9338SrD.14054Xe9438Sr答案D解析根据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知，a和b的总质量数应为23512234，总质子数应为92，A项中质量数为14093233，B项中质量数是14192233，C项中质量数为14193234，质子数为563894，D项中质量数为14094234，质子数为543892.综上可知，答案为D.3质量亏损和核能的计算一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是23592U10n13654Xe9038Sr1010n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于AMm1m2c2BMmm1m2c2CMm1m29mc2Dm1m29mMc2答案C解析铀235裂变时的质量亏损mMmm1m210mMm1m29m，由质能方程可得Emc2M9mm1m2c2.4核能的计算xx莆田市二五中高二期末用一个中子轰击23592U，可发生裂变反应生成14156Ba和9236Kr，已知23592U的质量为235.0439u，14156Ba的质量为140.9139u，9236Kr的质量为91.8973u，中子质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，阿伏加德罗常数NA6.021023mol1，结果均保留两位有效数字1请写出裂变中的核反应方程；2求一个23592U在裂变反应中释放的核能；3求1g23592U全部反应释放的能量答案123592U10n14136Ba9236Kr310n22.0102MeV35.11023MeV解析1根据质量数守恒和电荷数守恒可得该核反应方程为23592U10n14156Ba9236Kr310n；2质量亏损为m235.04391.0087140.913991.897331.0087u0.2153u释放的核能为E0.2153931.5MeV2.0102MeV31g23592U中U核的摩尔数为n1235mol；1g23592U 中U核的个数为NnNA；因此1g23592U完全裂变时释放的能量ENE 解得E5.11023MeV.。

第5章 核能与社会章末检测试卷(五)(时间：90分钟 总分为：100分)一、选择题(此题共12小题，每一小题5分，共60分；其中1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题) 1．现有三个核反响： ①2411Na→2412Mg ＋ 0－1e②23592U ＋10n→14156Ba ＋9236Kr ＋310n ③21H ＋31H→42He ＋10n如下说法正确的答案是( ) A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变 C ．①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D ．①是β衰变，②是聚变，③是裂变 答案 C解析 原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像此题中的核反响①；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反响②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反响③.综上所述，C 项正确．2．“两弹一星〞可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风．如下核反响方程中，属于研究“两弹〞的根本核反响方程的是( )①147N ＋42He→178O ＋11H ②23592U ＋10n→9038Sr ＋13654Xe ＋1010n ③23892U→23490Th ＋42He ④21H ＋31H→42He ＋10nA ．①②B．②③C．②④D．③④ 答案 C解析 “两弹〞指原子弹和氢弹，原子弹的核反响方程是铀核裂变，②正确；氢弹的核反响方程是轻核聚变，④正确，所以选项C 正确．3．铀裂变的产物之一氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是( )A ．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 原子核每经过一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．α衰变的次数为n ＝90－904＝0(次)，β衰变的次数为m ＝40－36＝4(次)．4．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x 个中子；23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋x 10n ，铀235质量为m 1，中子质量为m 2，钡144质量为m 3，氪89质量为m 4，如下说法正确的答案是( ) A ．该核反响类型属于人工转变 B ．该反响放出能量(m 1－xm 2－m 3－m 4)c 2C ．x 的值为3D ．该核反响比聚变反响对环境的污染较少 答案 C解析 该核反响是核裂变，不是人工转变，故A 错误；核反响方程23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋x 10n 中根据质量数守恒，有：235＋1＝144＋89＋x ，解得：x ＝3；根据爱因斯坦质能方程，该方程放出的能量为：ΔE ＝Δm ·c 2＝(m 1＋m 2－m 3－m 4－3m 2)c 2＝(m 1－m 3－m 4－2m 2)c 2，故B 错误，C 正确；该核反响生成两种放射性元素，核污染较大，故D 错误．5．原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反响可能发生，放出热量．这几种反响的总效果可以表示为 621H ―→k 42He ＋d 11H ＋210n ＋43.15MeV 由平衡条件可知( ) A ．k ＝1，d ＝4B ．k ＝2，d ＝2 C ．k ＝1，d ＝6D ．k ＝2，d ＝3 答案 B解析 根据核反响过程中质量数守恒和电荷数守恒得 12＝4k ＋d ＋2,6＝2k ＋d 解得k ＝2，d ＝2.6．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(21084Po)．假设该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为21084Po→X＋42He ＋γ，如此如下说法中错误的答案是( ) A ．X 原子核含有124个中子 B ．X 原子核含有206个核子C ．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的D ．100g 的21084Po 经276天，已衰变的质量为75g 答案 C解析 X 原子核中的核子数为210－4＝206个，B 项正确．中子数为206－(84－2)＝124个，A 项正确．γ射线是核反响前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出产生的，C 项错误．经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，如此已衰变的质量为原来的四分之三，D 项正确．7．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，普朗克常量为h ，真空中的光速为c .如下说法正确的答案是( ) A ．核反响方程是11H ＋10n→31H ＋γB ．聚变反响中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)cD ．γ光子的波长λ＝h(m 1＋m 2－m 3)c 2答案 B解析 根据核反响过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反响方程为：11H ＋10n→21H ＋γ，应当选项A 错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，应当选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，应当选项C 错误；由E ＝hc λ知，γ光子的波长λ＝h(m 1＋m 2－m 3)c，应当选项D 错误．8．氘核的平均结合能为1.1MeV ，氦核的平均结合能为7.1MeV ，如此两个氘核结合成一个氦核时( )A ．释放出4.9MeV 的能量B ．释放出6.0MeV 的能量C ．释放出24.0MeV 的能量D ．吸收4.9MeV 的能量 答案 C解析依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反响方程为21H＋21H→42He，因氘核的平均结合能为 1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，故释放的核能为ΔE＝4×7.1MeV－2×2×1.1MeV＝24.0MeV，应当选C.9．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于23592 U的裂变，如下说法正确的答案是( )A．反响堆中核反响速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能的裂变是23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．一个23592U裂变能放出200MeV的能量，即3.2×10－11J答案BD解析反响堆中核反响速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，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；通过计算知，D正确．10．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年〞．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，如下说法中正确的答案是( )A．E＝mc2明确物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反响中释放的核能C．一个中子和一质子结合成氘核时，释放出核能，明确此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是核反响中释放的核能答案ABC解析爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2告诉我们，物体的质量与它的能量成正比．核反响中假设质量亏损，就要释放能量，可用ΔE＝Δmc2计算核反响中释放的核能．故上述选项只有D不正确．11．太阳内部发生的核反响主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反响可以看做是4个氢核(11H)结合成1个氦核(42He)．下表中列出了局部粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量)，以下说法中正确的答案是( )A.核反响方程式为411H―→42He＋201eB．核反响方程式为411H―→42He＋20－1eC ．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.0266uD ．聚变反响过程中释放的能量约为24.8MeV 答案 ACD解析 根据核反响过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A 正确，B 错误；质量亏损为Δm ＝(4×1.0073－4.0015－2×0.00055) u ＝0.0266u ，根据质能方程可知ΔE ＝Δmc 2≈24.8MeV，C 、D 正确．12．原子核的比结合能曲线如图1所示．根据该曲线，如下判断正确的有( )图1A.42He 核的结合能约为14MeV B.42He 核比63Li 核更稳定C ．两个21H 核结合成42He 核时释放能量 D.23592U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大 答案 BC解析 由题图图像可知42He 核的结合能约为28MeV ，A 项错误；42He 核比63Li 核的比结合能大，故42He 核比63Li 核稳定，B 项正确；两个21H 核结合成42He 核时比结合能增大，释放能量，C 项正确；23592U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的小，D 项错误． 二、填空题(此题共2小题，共8分)13．(4分)历史上第一次利用加速器实现的核反响，是用加速后动能为0.5MeV 的质子11H 轰击静止的AZ X ，生成两个动能均为8.9MeV 的42He.(1MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反响方程为___________________________________________________________； (2)质量亏损为________kg. 答案 (1)11H ＋73Li→242He (2)3.1×10－29解析 (1)11H ＋73Li→242He (2)Δmc 2＝E 末－E 初Δm ＝E 末－E 初c 2＝(2×8.9－0.5)×1.6×10－13(3×108)2kg≈3.1×10－29kg14．(4分)氘核和氚核聚变时的核反响方程为：21H ＋31H→42He ＋10n.31H 的平均结合能是2.78MeV ，21H 的平均结合能是1.09MeV ，42He 的平均结合能是7.03MeV ，如此核反响时释放的能量为________MeV. 答案 17.6解析 聚变反响前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52MeV反响后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6MeV. 三、计算题(此题共3小题，共32分)15．(10分)在氢弹爆炸中发生的核聚变方程为21H ＋31H→42He ＋10n ，21H 的质量为2.0136u ，31H 的质量为 3.0166u ，42He 的质量为 4.0026u ，10n 的质量为 1.0087u ，阿伏加德罗常数N A ＝6.02×1023mol －1，求此氢弹爆炸中当合成1kg 的氦时所释放的能量． 答案 2.65×1027MeV解析 由题意可知，当一个21H 核与一个31H 核发生反响合成一个42He 核时放出的能量为 ΔE ＝Δmc 2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087) u ＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV 而1kg 氦中含有的原子数目为N ＝10004×6.02×1023个＝1.505×1026(个)所以合成1kg 氦核时所放出的总能量为E ＝N ΔE ＝2.65×1027MeV16．(10分)如果把168O 分成8个质子和8个中子，要给它提供多少能量？把它分成4个42He ，要给它提供多少能量？(168O 核子的平均结合能是7.98MeV ，42He 核子的平均结合能是7.07MeV) 答案 127.68MeV 14.56MeV解析 把168O 分成质子和中子需提供的能量 ΔE 1＝16×7.98MeV＝127.68MeV.把质子和中子结合成一个42He 所放出的能量 ΔE 2＝4×7.07MeV＝28.28MeV. 如此把168O 分成4个42He 需提供的能量ΔE ′＝ΔE 1－4ΔE 2＝127.68MeV －4×28.28MeV＝14.56MeV.17．(12分)一个静止的铀核23292U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.0287u)．1u 相当于931.5MeV 的能量． (1)写出铀核的衰变反响方程； (2)算出该衰变反响中释放出的核能；(3)假设释放的核能全部转化为新核的动能，如此α粒子的动能为多少？ 答案 (1)23292U ―→22890Th ＋42He (2)5.5MeV (3)5.41MeV解析 (1)衰变反响方程为23292U ―→22890Th ＋42He (2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.0059uΔE ＝Δmc 2＝0.0059×931.5MeV≈5.5MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th ＋(－p α)＝0p Th ＝p α，E kTh ＝p Th22m ThE kα＝p α 22m α，E kTh ＋E kα＝ΔE ，所以α粒子获得的动能E kα＝m Thm α＋m Th·ΔE ≈5.41MeV.。

【课堂新坐标】（教师用书）2013-2014学年高中物理 5.2 裂变及其应用课后知能检测沪科版选修3-5]1．当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A．是稳定的sB．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合【解析】重核裂变时裂变为两个中等质量的核，平均要放出2－3个中子，故中子数要减少，重核裂变的产物是多种多样的，故选项B、D正确．【答案】BD2．下列说法正确的是( )A．原子核的裂变可以自发地进行B．原子核的衰变可以自发地进行C．只要裂变反应发生，就能引发链式反应D．核反应堆中的控制棒是通过控制裂变原子核裂变的时间来控制反应速度的【解析】重核裂变不能自发进行，吸收中子后才能进行，U－238吸收快中子，U－235吸收慢中子才能裂变，而原子核的衰变是自发进行的，故A错误，B正确；链式反应的条件是铀的体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故C错误；反应堆中的控制棒是吸收中子的数量多少来控制反应速度的，D错误．【答案】 B3．一个铀235吸收一个中子后发生反应的方程式是：23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c2【解析】铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.【答案】 C4．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )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】控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的．而镉棒具有很强的吸收中子的能力，用调节镉棒插入的深度可改变中子的数目进而控制核反应速度．故C正确．【答案】 C5．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核235 92U为燃料的反应堆中，当235 92U俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为( )23592 U ＋10n →13954 Xe ＋9438Sr ＋310n235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.91 54反应方程下边的数字是中子及有关原子静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u 的质量对应的能量为931.5 MeV，则此裂变反应释放的能量是________MeV.【解析】铀核俘获中子发生裂变的质量亏损为Δm＝0.1933 u，ΔE＝0.1933×931.5 MeV≈180 MeV.【答案】1806．关于重核的裂变，下列说法正确的是( )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】在裂变反应中核子数是不会减小的，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C错．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，要发生质量亏损，从而释放出核能，故选项D正确．【答案】 D7．秦山核电站第一期工程装机容量为30万千瓦．如果1 g铀235完全裂变时能产生的能量为8.2×1010J，并且假定所产生的能量都变成了电能，那么每年要消耗多少铀235？(一年可按365天计算)【解析】 秦山核电站一年由铀235裂变产生的总能量为E ＝Pt ＝3.0×108×365×24×3 600 J＝9.46×1015J.1 g 铀235裂变释放的能量E ′＝8.2×1010J.所以每年需消耗的铀235为m ＝E E ′＝9.46×10158.2×1010 g ＝1.15×105 g ＝115 kg. 【答案】 115 kg8．(2010·海南物理)在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速．假设减速剂的原子核质量是中子的k 倍，中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰．设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求N 次碰撞后中子速率与原速率之比．【解析】 设中子和作减速剂的物质的原子核A 的质量分别为m n 和m A ，碰撞前中子速度为v n ，碰撞后中子和原子核A 的速度分别为v n ′和v A ′.碰撞前后的总动量和总能量守恒，有 m n v n ＝m n v n ′＋m A v A ′①12m n v 2n ＝12m n v n ′2＋12m A v A ′2② 又m A ＝km n ③由①②③式得，经1次碰撞后中子速率与原速率之比为：|v n ′||v n |＝k －1k ＋1④ 经N 次碰撞后，中子速率与原速率之比为(k －1k ＋1)N . 【答案】 (k －1k ＋1)N9．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104 t TNT 爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程235 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ＋201 MeV ，阿伏加德罗常数N A ＝6.02×1023)【解析】 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV 的能量，1 mol 铀核裂变放出的能量为ΔE 1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J1 mol 铀核的质量为0.235 kg ，则原子弹中铀核的质量为m ＝E ΔE 1×0.235 kg＝8.4×1013×0.235 kg＝1.936×10131．02 kg.【答案】 1.02 kg。

第5章核能与社会一、对核反应方程及类型的理解1名称核反应方程式时间其它衰变α衰变23892U→23490Th＋错误!Heβ衰变234，90Th→错误!91Pa＋0－1e1896年贝可勒尔发现裂变235，92U＋错误!n→错误!Sr＋136， 54Xe＋10错误!n＋141 MeV1938年原子弹原理聚变错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n＋17。

6 MeV氢弹原理人工转变正电子错误!Al＋错误!He→错误!P＋错误!n错误!P→错误!Si＋错误!e1934年约里奥—居里夫人发现质子错误!7N＋错误!He→错误!8O＋错误!H1919年卢瑟福发现中子9，4Be＋错误!He→错误!6C＋错误!n1932年查德威克2。

解题注意（1)熟记一些粒子的符号α粒子（错误!He)、质子（错误!H)、中子（错误!n）、电子（0－1e）、氘核(错误!H）、氚核（错误!H)．（2)注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．例1现有三个核反应:①错误!Na→错误!Mg＋错误!e②错误!U＋错误!n→错误!Ba＋错误!Kr＋3错误!n③2，1H＋错误!H→错误!He＋错误!n下列说法正确的是（）A．①是裂变,②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变,③是β衰变C．①是β衰变,②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；原子核的人工转变是指在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应②；聚变是轻核结合成质量较大的核,像核反应③。

综上所述，C项正确．答案C针对训练1 在下列四个核反应中，X表示中子的是哪些？在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变?A.错误!N＋错误!He→错误!O＋XB。

错误!Al＋错误!He→错误!P＋XC。

点囤市安抚阳光实验学校5．2 裂变及其用1.知道重核裂变能放出能量，并能计算核能的变化．(＋难点)2.了解铀核的裂变特点，知道链式反．3．了解裂变反堆的结构、类型及核电站的工作原理．, [学生用书P69])一、铀核的裂变1．义：重核裂变是用中子轰击铀核时发现的，中子轰击铀—235核，使该核变成处于激发态的复核，并分裂成两块质量差不多的原子核，同时放出几个中子，称为裂变核反．2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，铀核裂变的产物是多种多样的，其中一种典型的反是23592U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ．二、链式反及其条件1．链式反：铀核裂变时，通常会放出2到3个中子，这些中子可以作为的“炮弹”轰击其他的铀核，使裂变反不断地进行下去，这种反叫做核裂变的链式反．2．临界体积：能够使铀块发生链式反的最小体积(或对的最小质量)称为临界体积(或临界质量)．3．链式反的条件：发生裂变物质的体积大于于临界体积或裂变物质的质量大于于临界质量．1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．( )(2)铀块的质量大于临界质量时链式反才能不停地进行下去．( )(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．( )提示：(1)× (2)√ (3)× 三、裂变反堆1．裂变反堆的基本构造(1)裂变材料(核燃料)：浓缩铀．(2)慢化剂(减速剂)：通常用石墨、重水或水．(3)控制棒：用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反强度． (4)反射层：一般用石墨做材料．(5)热交换器：核反堆中释放的能量大转化为热能，利用水循环，产生高温高压的蒸汽，从而推动蒸汽轮机，带动发电机发电．(6)防护层：由金属套、防止中子外逸的水层以及1～2 m 厚的钢筋混凝土构成，可有效地防止射线对人体及其他生物体的侵害．2．列变反堆的常见类型：重水堆，高温气冷堆，快中子增殖反堆． 3．核电站的工作：以核反堆为能源，用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电．2．(1)在核反中，中子的速度越大越容易击中铀核．( )(2)核反堆是通过调节中子数目以控制反速度．( )(3)核反堆用过的核废料无毒无害．( )提示：(1)×(2)√(3)×铀核裂变及链式反[学生用书P70]1．发现：1938年12月，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步．2．裂变的解释(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)能量：重核裂变为中质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一般来说，每个核子放出的平均能量约为1 MeV，1 kg铀裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．3．铀核裂变的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个即可．4．裂变过程为什么能放出能量中大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳．如果使较重的核分裂成中大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.235 92U裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反物和生成物有多种，其中有两种很典型的反是：235 92U ＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n在重核裂变过程中，核反满足电荷数守恒和质量数守恒．但反前后质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量．已知m(235 92U)＝235.043 9 u，m n＝1.008 7 u，m(141 56Ba)＝140.913 9 u，m(9236Kr)＝91.897 3 u，且1 u质量对的能量为931.56 MeV裂变前：m1＝(235.043 9＋1.008 7) u＝236.052 6 u裂变后：m2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u＝235.837 3 u质量亏损：Δm＝0.215 3 u释放能量：ΔE＝0.215 3×931.56 MeV≈200.56 MeV.(1)重核裂变是人为的核反，自然界中不会自发的产生裂变．(2)为了引起链式反，最好用纯铀235，235 92U俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．关于重核的裂变，下列说法正确的是( )A．核裂变释放的能量于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一发生链式反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质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中质量的核时，要发生质量亏损，放出核能[思路] 由链式反发生的条件及释放能量与质量亏损关系进行判．[解析] 发生核反，是核能转化为其他形式能的过程，但其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积太小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反就不会发生，故A、B均错误；在裂变反中核子数是不会减小的，铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减小的，因此选项C错误；重核裂变为中质量的原子核时，由于平均质量减小，要发生质量亏损，从而释放出核能，故选项D正确．[答案] D错误!(1)重核发生裂变的条件是：铀块的体积要大于或于临界体积．(2)重核裂变释放核能的原因是：重核核子的平均质量大于中核子的平均质量．核电站及其组成的功能[学生用书P70]1．核反堆的主要组成及其作用组成材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀(235 92U)提供核燃料慢化剂(减速剂)石墨、重水或水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害2.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t 左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤．(2)作为核燃料的铀、钍在地球上的可采储量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．原子弹杀伤力巨大的原因是核能能在极短时间内释放出来. 核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的利用，因此核电站是可控的链式反．关于核反堆中用镉棒控制反速度的原理，下列说法正确的是( ) A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积[思路] 镉棒具有吸收中子，控制反速度的作用．[解析] 镉棒不是粒子源不会放中子，A错误；也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出少吸收中子，故C正确．[答案] C关于核电站中核能的计算[学生用书P71]在其他能源中，核能具有能量密度大，适性强的优势．在核电站中，核反堆释放的核能被转化为电能．核反堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反，释放出大量核能．(1)核反方程式235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋a X是反堆中发生的许多核反中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________．m U、m Ba、m Kr分别表示235 92U、141 56Ba、9236Kr的核的质量，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，则在上述核反过程中放出的核能ΔE＝___________________________.(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.假反堆中发生的裂变反全是本题(1)中的核反，已知每次核反过程中放出的核能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235 92U的质量.[思路] 根据裂变反遵循电荷数和质量数守恒可确X和a，再由ΔE＝Δmc2求裂变释放的核能，注意此结果只是一个铀核裂变时释放的.[解析] (1)依据核电荷数守恒和质量数守恒律可判断X为中子(10n)，且a ＝3根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2，得ΔE＝[m U－(m Ba＋m Kr＋2m n)]·c2.(2)因核电站的核能转化效率为40%故核电站消耗235 92U的功率为P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106 kW则核电站每年消耗235 92U所释放的能量为E＝P′t＝2.5×106×103×3.15×107 J＝7.875×1016 J故每年消耗235 92U的质量为m＝EΔE·m U＝7.875×10162.78×10－11×390×10－27 kg＝1 105 kg.[答案] (1)中子 3 [m U－(m Ba＋m Kr＋2m n)]c2(2)1 105 kg错误!解此类题目要注意各物理量间的过渡换算，还要注意原子核数目的运算，且ΔE为一个重核裂变释放的能量，如果不注意这些此题就很难解决．[随堂检测][学生用书P71]1．目前核电站利用的核反是( )A．裂变、核燃料为铀B．聚变、核燃料为铀C．裂变、核燃料为氘D．聚变、核燃料为氘答案：A2．原子反堆是实现可控制的重核裂变链式反的一种装置，它主要由四组成( )A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统解析：选A.通过学习，我们知道核反堆的构成分四：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统．3．利用重核裂变释放核能时选用铀235核，主要原因是( )A．它裂变放出核能比其他重核裂变多B．它可能分裂成三或四C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易发生链式反解析：选D.铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反，吸收低能量的中子裂变的几率更大，D项正确．4．已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm＝0.2153 u，则反中平均每个核子释放的能量为多少？解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量为1 MeV.由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5 MeV＝201 MeV铀核中含有235个核子，所以平均每个核子释放的能量为201235MeV＝0.86 MeV.答案：0.86 MeV[课时作业][学生用书P119(单独成册)]一、单项选择题1．铀核裂变时，对于产生链式反的重要因素，下列说法中正确的是( ) A．反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，裂变的链式反就能够发生D ．能否发生链式反与铀块的质量无关解析：选C.使铀核裂变发生链式反，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，则不会发生链式反，裂变反中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发的裂变．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，由此知A 、B 、D 错误，C 正确．2.23592U 吸收一个慢中子后分裂成9236Kr 和14156Ba ，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：选B.根据质量数守恒、电荷数守恒可得还放出3个中子，B 项正确． 3．在核反中，控制铀235核裂变反速度的方法是( ) 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，改变镉棒插入的深度，以改变反堆中的中子数目D ．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析：选C.控制核反堆中核反的速度是靠调节中子数来实现的，故只有C 正确．4．一个铀235吸收一个中子后发生的反式是23592U ＋10n →136 54Xe ＋9038Sr ＋1010n ，放出的能量为E ，铀235核的质量为M ，中子的质量为m ，氙136核的质量为m 1，锶90核的质量为m 2，真空中光速为c ，则释放的能量E 于( )A ．(M －m 1－m 2)c 2B ．(M ＋m －m 1－m 2)c 2C ．(M －m 1－m 2－9m )c 2D ．(m 1＋m 2＋9m －M )c 2解析：选C.铀235裂变时质量亏损：Δm ＝M ＋m －m 1－m 2－10m ＝M －m 1－m 2－9m ，由质能方程可得：E ＝Δmc 2＝(M －m 1－m 2－9m )c 2.5．中国承诺到碳排放量下降40%～45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将核电站项目．目前关于该电站获取核能的基本核反方程可能是( ) A.235 92U ＋10n→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n B.2411Na→2412Mg ＋0－1e C.147N ＋42He→178O ＋11H D.23892U→23490Th ＋42He解析：选A.重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中质量的原子核，A 是裂变反，A 正确；B 为β衰变，C 是发现质子的反，D 是α衰变．6．在核反式23592U ＋10n →9038Sr ＋13654Xe ＋k X 中( ) A ．X 是中子，k ＝9 B ．X 是中子，k ＝10 C ．X 是质子，k ＝9D ．X 是质子，k ＝10解析：选B.核反方程遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反中，设X的质子数为x，则核反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，所以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，所以k的数值为10.7．现已建成的核电站的能量来自于( )A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反放出的能量解析：选C.核电站的核心设施就是核反堆，核反堆的核心技术就是用人工的方法控制重核裂变链式反的速度，所以核电站的能量来自重核裂变放出的能量．二、多项选择题8．当一个重核裂变时，它产生的两个核( )A．一是稳的B．所含有的中子数较裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量于俘获中子时得到的能量D．可以是多种形式的两个核的组合解析：选BD.重核裂变为两个中质量的核时平均要放出2～3个中子，故两核中子数会比原来的重核减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．9．为对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，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．重核裂变是非常清洁的能源，无任何污染解析：选AC.目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反堆中用的是比较清洁的能源，但也有一的污染，故A、C正确，B、D错误．10．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反，其裂变方程为23592U＋10n→X＋9438Sr＋210n，则下列叙述不正确的是( )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：选BCD.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 错误．三、非选择题11.23592U 受中子轰击时会发生裂变，产生13956Ba 和9436Kr ，同时放出200 MeV 的能量，现要发电能力是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被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏伽德罗常数取6.02×1023mol －1)解析：每天发电的总量E ＝24×3.6×103×5×108 J ＝4.32×1013 J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n ＝ 4.32×10132×108×1.6×10－19 (个)＝1.35×1024(个)．则对的质量m ＝n N A ·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg ＝0.527 kg.答案：0.527 kg12.23592U 受中子轰击时会发生裂变，产生14156Ba 和9236Kr ，同时放出能量．已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.(1)写出核反方程；(2)现在要发电功率为5×105kW 的核电站，用23592U 作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗23592U 多少千克？(阿伏伽德罗常数取6.0×1023 mol －1)解析：(1)核反方程23592U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ＋200 MeV.(2)核电站一天发出的电能E 1＝Pt ①设每天消耗23592U 为m kg ，核裂变释放的能量为 E 2＝m ×103×6.0×1023×200×106×1.6×10－19235②由能量转化得E 1＝ηE 2③由①②③式得m ＝1.06 kg.答案：(1)23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n ＋200 MeV(2)1.06 kg。