高中物理第三章原子核5核裂变练习教科版选修3_5

高中物理选修3-5同步练习试题解析重核的裂变1．下列核反应中，表示核裂变的是()A.238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310nC.3015P→3014Si＋01eD.94Be＋42He→12 6C＋10n解析：重核的裂变是指重核在中子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应，故B正确。

答案：B2．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，最好用纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，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，并放出几个中子的情况。

铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。

而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故上述选项B、C正确。

答案：B、C3．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。

因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235U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010n，92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。

章末检测卷(三)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)1．(2022·新课标Ⅱ·35(1)改编)在人类对微观世界进行探究的过程中，科学试验起到了格外重要的作用．下列说法符合历史事实的是________．A．密立根通过油滴试验测出了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对自然放射现象的争辩，发觉了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分别出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射试验证明白在原子核内部存在质子E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的试验，发觉了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷答案ACE解析密立根通过油滴试验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A 正确．贝克勒尔通过对自然放射现象的争辩，明确了原子核具有简洁结构，选项B错误．居里夫妇通过对含铀物质的争辩发觉了钋(Po)和镭(Ra)，选项C正确．卢瑟福通过α粒子散射试验证明白原子的核式结构，选项D错误．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的试验，说明白阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项E正确．2．(2022·新课标Ⅰ·35(1))关于自然放射性，下列说法正确的是________．A．全部元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透力气最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线答案BCD解析自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；α、β和γ三种射线电离力气依次减弱，穿透力气依次增加，选项D正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项E错误．3．能源是社会进展的基础，进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.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变答案AC解析β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸取一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应．4．原子核A Z X与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2答案 D解析本题考查核反应方程．由题意可知核反应方程为A Z X＋21H→42He＋11H，反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，由此可推断A＝3，Z＝2，选项D正确．5．科学家发觉在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、平安的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为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．目前核电站都接受32He聚变反应发电答案 B解析该聚变反应释放了能量，是由于发生了质量亏损，A、C错；该聚变反应产生了新原子核11H，B对；目前核电站都是用重核裂变发电而不是用轻核聚变，D错．6．原子核聚变可望给人类将来供应丰富的洁净能源．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，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析依据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得。

2.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A.从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应3.红、黄、绿、紫四种单色光中，能量最小的是( )A.紫光光子 B.红光光子 C.绿光光子 D.黄光光子4.一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞，碰撞后，电子向某一方向运动，光子沿着另一方向散射出去，这个散射光子跟原来入射时相比( )A.速度减小 B.频率增大 C.能量增大 D.波长增大5.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。

下列表述正确的是( )A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应6.科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。

假设光子与电子碰撞前的频率为ν，碰撞后的频率为ν′，则以下说法中正确的是( )A.碰撞过程中能量不守恒，动量守恒，且ν=ν′B.碰撞过程中能量不守恒，动量不守恒，且ν=ν′C.碰撞过程中能量守恒，动量守恒，且ν>ν′D.碰撞过程中能量守恒，动量守恒，且ν=ν′7.在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么( )A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a8.(2013·上海高考)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光。

已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，该激光器发出的( )A.是紫外线B.是红外线C.光子能量约为1.3×10-18JD.光子数约为每秒3.8×1016个9.下列说法正确的是（）A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B.光的频率越大，波长越长C.光的波长越长，光子的能量越小D.光在真空中的速度是3.0×108 m/s10.已知金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0eV，入射光的波长应为m。

19.6 核裂变1．当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的中子数比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2．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，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应速度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的大小控制反应速度3．一个235 92U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235U＋10n―→X＋9438Sr＋210n，则下列叙述正确的是()92A．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．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为()A．它比较容易发生链式反应B．能自动裂变，与体积无关C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多5．人类通过链式反应来利用核能的方式有下列哪两类()A．利用可控制的快中子链式反应，制成原子弹B．利用不可控制的快中子链式反应，制成原子弹C．利用可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆D．利用不可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆6．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，它的主要组成部分是()A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统7．1个铀235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．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV8．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫油炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是()A．铀238的衰变方程式为：238 92U―→234 90Th＋42HeB.235 92U和238 92U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性9．裂变反应是目前核能利用中常用反应，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的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：23592U＋10n―→139 54Xe＋9438Sr＋310n235．0439 1.0087138.917893.9154反应方程下方的数字是上面方程中从左到右各原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变应释放出的能量是多少MeV?10．曾落在日本广岛上的原子弹，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？该原子弹中含铀235 92U的质量最小限度为多少千克？(一个铀235 92U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV)[能力提升题]1．一个铀235吸收一个中子后的核反应是235 92U＋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)c22．在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂．中子在重水中可与21H核碰撞减速，在石墨中与12 6C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，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好？3．一个铀235俘获一个速度为1.00×104 m/s的中子后，裂变为两个新核，同时放出两个中子．其中一个中子的速度为8.69×106 m/s，方向与原中子方向相同；另一个中子的速度为8.68×106 m/s，方向与原中子方向相反，两个新核中有一个是9538Sr.现让这两个新核垂直进入同一匀强磁场，求它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比多大？周期之比多大？4．原来静止的原子核b a X，发生α衰变后放出一个动能为E0的α粒子，求：(1)生成的新核动能是多少？(2)如果α粒子及新核的动能全部来源于衰变中，释放的核能ΔE是多少？(3)亏损的质量Δm是多少？详解[答案]19.6 核裂变基础经典题1．选BD由于在裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子，质子数没有发生变化，而两个新核的中子数减少，A错误，B正确；反应前后质量发生了亏损而释放出能量，并不等于俘获中子的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确．2．选C镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故C正确．3．选A 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．选A核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．反应堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确．5．选BC原子弹爆炸时，铀块的体积大于临界体积，快中子直接被铀核吸收，发生裂变反应，放出核能，链式反应速度不可控制，极短的时间内释放出大量的核能；原子反应堆释放核能的速度是稳定的，链式反应的速度可以控制，因此[答案]选B、C.6．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、重水和普通水；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．7．选D由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的物质的量为1235mol，因此1 g铀235释放的能量E＝N A235×196 MeV，故D正确．8．选D铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B 正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确．贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错．9．[解析]裂变前后的质量亏损是Δm ＝(235.0439＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087) u ，由ΔE ＝Δmc 2得亏损的质量转化成能量为ΔE ＝Δm ×9.3×102 MeV ≈1.8×102 MeV .[答案]180 MeV10．[解析]一个235 92U 原子核分裂时所产生的能量约为 200 MeV ＝200×106eV ＝2.0×108×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J.设共有n 个235 92U 核发生裂变：n ＝8.4×10133.2×10－11个≈2.6×1024个， 铀的质量m ＝235×10－3×2.6×10246.02×1023 kg ≈1.015 kg. [答案]2.6×1024个 1.015 kg能力提升题1．选C 铀235裂变时的质量亏损：Δm ＝M ＋m －m 1－m 2－10m ＝M －m 1－m 2－9m .由质能方程可得ΔE ＝Δmc 2＝(M －9m －m 1－m 2)c 2.2．[解析]设中子质量为m n ，靶核质量为m ，由动量守恒定律：m n v 0＝m n v 1＋m v 2由能量守恒：12m n v 20＝12m n v 21＋12m v 22 解得：v 1＝m n －m m n ＋mv 0 在重水中靶核质量：m H ＝2m n ，v 1H ＝m n －m H m n ＋m Hv 0＝－13v 0， 在石墨中靶核质量：m C ＝12m n ，v 1C ＝m n －m C m n ＋m Cv 0＝－1113v 0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．[答案]重水3．[解析]在核裂变过程中遵循动量守恒定律，由题意知被俘获的中子的动量与裂变时放出的两个中子的总动量相等，故两个新核的总动量为零，也即两个新核的总动量大小相等、方向相反．由于洛伦兹力提供向心力，可知新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径：R ＝m v qB. 由于两个新核的动量大小相等，进入的是同一个匀强磁场，故m v 、B 均相同，故可知它们的半径之比等于它们电荷量的反比．由题意可写出裂变方程：235 92U ＋10n ―→9538Sr ＋A Z X ＋210n 由质量数守恒可解得新核X 的质量数A ＝235＋1－95－2×1＝139由电荷数守恒可得新核X 的电荷数Z ＝92－38＝54故两新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比为：R 1∶R 2＝54∶38＝27∶19.新核在磁场中做匀速圆周运动的周期：T ＝2πR v把半径R 代入得：T ＝2πm qB可见，两个新核做匀速圆周运动的周期之比与它们的质量成正比，与它们的电荷量成反比，即T 1T 2＝95139×5438＝135139. [答案]两新核做匀速圆周运动的半径之比为27∶19，周期之比为135∶139.4．[解析](1)衰变方程为：b a X ―→42He ＋b －4a －2Y在衰变过程中动量守恒m αv α＝m Y v Y又因为E k ＝p 22m ，所以E Y E 0＝m αm Y ＝4b －4，E Y ＝4b －4E 0 (2)由能量守恒，释放的核能ΔE ＝E 0＋E Y ＝E 0＋4b －4E 0＝bE 0b －4. (3)由质能关系ΔE ＝Δmc 2，解得Δm ＝bE 0(b －4)c 2[答案](1)4b －4E 0 (2)bE 0b －4 (3)bE 0(b －4)c 2。

3.5 核裂变课时自测·当堂达标1.重核的裂变就是( )A.重核分裂成核子的核反应B.重核分裂成许多质量很小的轻核的核反应C.重核分裂成两个或两个以上中等质量的核的核反应D.中等质量的核分裂为质量很小的轻核的核反应【解析】选C。

重核的裂变是重核分裂成两个或两个以上中等质量的核的核反应,不是分裂成核子,A错;也不是分裂成质量很小的轻核,B错;是重核分裂,而不是中等质量的核分裂,D 错,故正确选项为C。

2.核反应堆中的镉棒的作用是( )A.减少中子能量,使快中子变成慢中子B.调节中子数目,控制反应速度C.屏蔽射线,以防伤害人身体D.控制反应堆的温度【解析】选B。

减速剂的作用是使快中子变成慢中子,A错;隔棒能够吸收中子,所以可以控制反应速度,B正确;隔棒在反应堆内部,不可能屏蔽射线,C错;冷却剂的作用是控制反应堆的温度,D错;故正确选项为B。

3.从四川省核电站发展论坛上传出消息:四川首家核电站建成后,对四川乃至中国西部地区GDP增长和一、二、三产业的拉动将起到巨大作用。

关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是 ( )A U Th HeB H H He nC N He O HD U n Sr Xe+1n【解析】选D。

核电站获取核能是利用重核U)分裂成两个中等质量的核,A是α衰变,B 项中都是轻核,C项中是人工转变,也都是轻核;故正确选项为D。

4.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,减速剂,冷却系统和控制调节系统B.核燃料,减速剂,发热系统和传热系统C.核燃料,调速剂,碰撞系统和传热系统D.核燃料,中子源,原子能聚存和输送系统【解析】选A。

核反应堆的主要部分包括:①核燃料,即铀235。

②减速剂,采用石墨、重水和普通水。

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错误。

学业分层测评(十二)(建议用时：45分钟)1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A．含有的质子数较裂变前重核的质子数不变B．含有的中子数较裂变前重核的中子数不变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】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误．【答案】AD2．(多选)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是( )A.235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋1010nB.239 94Pu―→235 92U＋42HeC.137 55Cs―→137 56Ba＋0－1eD.131 53I―→131 54Xe＋0－1e【解析】选项A中，质量数不守恒，故A错误；核辐射是放出α、β、γ三种射线，选项B为α衰变，放出α射线，选项C、D为β衰变，放出β射线，故B、C、D正确．【答案】BCD3．铀核裂变是核电站核能的重要，其一种裂变反应式是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n.下列说法正确的有( )【导学号：22482050】A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应不可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A正确，选项B、C错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．【答案】 A4．关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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，最好用纯铀238D．铀块的体积对产生链式反应无影响【解析】铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出几个中子．铀235被中子轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能发生裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，必须使铀块的体积大于临界体积．故选项B正确，A、C、D错误．【答案】 B5．(多选)2020年以前我国将新增投产2 300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是( )A．核燃料释放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大于煤炭C．在经济效益方面核电与火电不相上下D．核电站没有任何污染【解析】核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，核燃料提供的能量远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错．【答案】AC6．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能于235 92U的裂变，现有四种说法，其中正确的是( )A.235 92U原子核中有92个中子，143个质子B.235 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＋210nC.235 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D．一个235 92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－17 J【解析】由235 92U的质量数和电荷数关系易知A错误；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D错误．【答案】 B7．下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n―→136 54Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损Δm＝________u，释放的核能ΔE＝________MeV.【导学号：22482051】【解析】质量亏损Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－135.907 2 u－89.907 7 u－10×1.008 7 u＝0.150 7 u，由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝0.150 7 uc2＝0.150 7×931.5 MeV＝140.377 1 MeV.【答案】0.1507 140.37718．落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量．原子弹放出的能量约8.4×1013J，试问有多少个235 92U原子核进行分裂？该原子弹中含235 92U的质量最小限度为多少千克？(一个235 92U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV)【解析】一个235 92U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235 92U核发生裂变：n＝8.4×10133.2×10－11个≈2.6×1024个，铀的质量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015kg.【答案】 2.6×1024个 1.015 kg9．(多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图3­5­1所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )图3­5­1A．由图可知，原子核D和E结合成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B．由图可知，原子核D和E结合成原子核F时会有质量亏损，要放出核能C．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能D．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要吸收能量【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误，B正确；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，C正确，D错误．【答案】BC10．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．图3­5­2结合图3­5­2甲可知，安全壳应当选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ11.235 92U受中子轰击时会发生裂变，产生139 56Ba和9436Kr，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？(阿伏伽德罗常数取6.02×1023 mol－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＝1.35×1024(个)．则对应的质量m＝nN A·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3 kg＝0.527 kg.【答案】0.527 kg12．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.【导学号：22482052】(1)核反应方程式235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n为中子，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是多少？(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放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，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．【解析】(1)由反应方程可知：X为10n，a为3，释放的能量为ΔE＝(m U－m Ba－m Kr－2m n)c2.(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗235 92U的功率为P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106 kW，电站每年消耗235U的能量为W＝P′t＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J. 每年消耗235 92U的质量为M＝WΔE·m U＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11kg＝1 105 kg.【答案】(1)10n 3 (m U－m Ba－m Kr－2m n)c2 (2)1 105 kg。

4.原子核的结合能[先填空]1．结合能核子结合成原子核所释放的能量．2．质能关系(1)物体的能量与其质量的关系式E＝mc2.(2)能量计算ΔE＝Δmc2.3．质量亏损核反应中的质量减少称为质量亏损．[再判断]1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×)2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×)3．质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)[后思考]有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？【提示】不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．1．对质量亏损的理解质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2.2．核能的计算方法(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.1．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n→21 H＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．反应前后质量数不变，但会出质量亏损D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C、D.【答案】ACD2．(多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )【导学号：22482045】A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的【解析】质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，故B、D对．【答案】BD3．取质子的质量m p ＝1.672 6×10－27kg ，中子的质量m n ＝1.674 9×10－27kg ，α粒子的质量m α＝6.646 7×10－27kg ，光速c ＝3.0×108m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)【解析】 组成α粒子的核子与α粒子的质量差 Δm ＝(2m p ＋2m n )－m α 结合能ΔE ＝Δmc 2代入数据得ΔE ＝4.3×10－12J.【答案】 4.3×10－12J核能的两种单位两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV ＝1×106×1.6×10－19J ＝1.6×10－13J.[先填空] 1．比结合能原子核的结合能ΔE 除以核子数A ，ΔEA称为原子核的比结合能，又叫平均结合能．2．核聚变和核裂变(1)核聚变：两个轻核结合成较重的单个原子核时会释放能量，这样的过程叫核聚变．两个氘核的聚变：21H ＋21H→42He.(2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出能量，这样的过程叫核裂变．[再判断]1．原子核的核子数越多，比结合能越大．(×) 2．比结合能越大，原子核越稳定．(√)3．由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核能．(√) [后思考]裂变反应发生后，裂变反应生成物的质量增加还是减小？为什么？【提示】 减小．裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后的质量减小．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定.(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．4．下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )A．核子结合成原子核时吸收能量B．原子核拆解成核子时要吸收能量C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大【解析】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A错误，B 正确；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，C、D选项错误．【答案】 B5．(多选)如图3­4­1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 ( )图3­4­1A．将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量【解析】因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A正确，同理可得B、D错，C正确．【答案】AC6．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为________．【解析】6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84．9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.【答案】92.16 MeV对比结合能曲线的理解由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定．质量较大的重核裂变成中等质量的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量．3.光的波粒二象性[先填空]1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射．蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．2．康普顿效应康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而增大的谱线．X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应．3．康普顿的理论当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．4．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，为光子说提供了又一例证．[再判断]1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)2．康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)3．光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．(×)4．光子发生散射后，其波长变大．(√)[后思考]1．太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的．为什么？【提示】地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空中的真空环境下，光不再散射，只向前传播．2．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同？【提示】光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．1．对康普顿效应的理解(1)实验现象X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．(2)康普顿效应与经典物理理论的矛盾按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．(3)光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．①光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．②因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长的改变与散射角有关．2．康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论，也有力证明了光具有波粒二象性．1．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是 ( )A．康普顿效应说明光子具动量B．康普顿效应现象说明光具有波动性C．康普顿效应现象说明光具有粒子性D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加【解析】康普顿效应说明光具有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，D项错误．【答案】AC2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图4­3­1给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿__________方向运动，并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”)．图4­3­1【解析】因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．【答案】 1 变长动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子间的作用；康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.[先填空]1．光的波粒二象性(1)光既具有波动性又具有粒子性，既光具有波粒二象性．光的波动性是指光的运动形态具有各种波动的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波动的表现．光的粒子性是指光与其他物质相互作用时所交换的能量和动量具有不连续性，如光电效应、康普顿效应等．(2)光子的能量和动量 ①能量：ε＝h ν. ②动量：p ＝hλ.(3)意义能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．2．光是一种概率波光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小，所以光是一种概率波． [再判断]1．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(√) 2．光子数量越大，其粒子性越明显．(×)3．光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√) 4．光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√) [后思考]1．由公式E ＝h ν和λ＝hp，能看出波动性和粒子性的联系吗？【提示】 从光子的能量和动量的表达式可以看出，是h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁．2．在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，曝光时间短时，可看到胶片上出现一些无规则分布的点；曝光时间足够长时，有大量光子通过狭缝，底片上出现一些平行条纹，中央条纹最亮最宽．请思考下列问题：(1)曝光时间短时，说明什么问题？【提示】 少量光子表现出光的粒子性，但其运动规律与宏观粒子不同，其位置是不确定的．(2)曝光时间足够长时，说明什么问题？【提示】大量光子表现出光的波动性，光波强的地方是光子到达的机会多的地方．(3)暗条纹处一定没有光子到达吗？【提示】暗条纹处也有光子到达，只是光子到达的几率特别小，很难呈现出亮度．1．对光的认识的几种学说在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不同亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的．光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小．这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此说光是一种概率波．3．关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )【导学号：22482062】A．光的频率越高，衍射现象越容易看到B．光的频率越高，粒子性越显著C．大量光子产生的效果往往显示粒子性D．光的波粒二象性否定了光的电磁说【解析】光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误．光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B正确、A错误．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C错误．【答案】 B4．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在亮纹处D．可能落在暗纹处【解析】根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．【答案】CD对光的波粒二象性的两点提醒1．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．对光子落点的理解1．光具有波动性，光的波动性是统计规律的结果，对某个光子我们无法判断它落到哪个位置，我们只能判断大量光子的落点区域．2．在暗条纹处，也有光子达到，只是光子数很少．3．对于通过单缝的大量光子而言，绝大多数光子落在中央亮纹处，只有少数光子落在其他亮纹处及暗纹处．。