2019-2020学年高中物理 第四章 原子核 第五节 裂变和聚变随堂演练课件 粤教版选修3-5

[随堂检测]1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是()A．质子B．中子C．β粒子D．α粒子解析：选B.重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去，B项正确．2．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．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解析：选C.要使铀核裂变产生链式反应，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，则不会发生链式反应，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，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．由此知A、B、D错误，C正确．3．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，但核子数不会减少D．重核裂变时平均结合能减小，要发生质量亏损，释放核能解析：选C.核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释放的核能远远大于中子的动能，A错误；要发生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，B错误；任何的核反应中核子数都不变，C正确；重核的平均结合能较小，中等质量的核平均结合能最大，裂变时重核分裂为中等质量的核，平均结合能变大，产生质量亏损，释放核能，D错误．4．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选BCD.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．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：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.3578×10－27kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(2.9979×108)2J＝3.2157×10－11J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n3.2157×10－11J[课时作业]一、单项选择题1．关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是()A．来自太阳中重核裂变反应释放的核能B．来自太阳中轻核聚变反应释放的核能C．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能D．来自太阳中本身贮存的大量内能解析：选B.太阳辐射能是来自轻核的聚变反应，故只有选项B正确．2．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．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：选B.聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段．3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是()A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应解析：选D.铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．4．一个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23592U＋10n→X＋9438Sr＋210n，则下列说法正确的是()A．X的原子核中含有86个中子B．X的原子核中含有141个核子C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少D．23592U是天然放射性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长解析：选A.X原子核中的核子数为235＋1－94－2＝140，选项B错误；质子数为92－38＝54，中子数为140－54＝86，选项A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但总质量数不变，选项C错误；半衰期不随外界环境变化而变化，选项D错误．5．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：23592U＋10n―→a＋b＋210n.则a＋b可能是()A．14054Xe＋9336KrB．14156Ba＋9236KrC．14156Ba＋9338SrD．14054Xe＋9438Sr解析：选D.利用质量数守恒和电荷数守恒可以判断出可能的核反应方程．选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确．6．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD．NA235×196MeV解析：选D.1g纯235U有1235×NA个235U.因此1g235U吸收中子完全发生核反应可以释放出NA235×196MeV能量．二、多项选择题7．对以下核反应方程，说法正确的是()A．21H＋31H―→42He＋10n是聚变B．23592U＋10n―→14054Xe＋9438Sr＋210n是裂变C．22690Th―→22288Rn＋42He是α衰变D．2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变解析：选ABC.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粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的C和D两选项；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．裂变是重核分裂成质量较小的核，像B选项；聚变是轻核结合成质量较大的核，像A选项；由上述知A、B、C是正确的．8．中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在2009年逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是()A．147N＋42He―→178O＋11HB．23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010nC．23892U―→23490Th＋42HeD．21H＋31H―→42He＋10n解析：选BD.“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重核的裂变与轻核的聚变，故应选B、D.9．山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦．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解析：选ABC.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，选项A、B、C均正确；核电站的建造难度较大，选项D错误．10．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310nC．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝12mc2解析：选AC.“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为21H＋31H→42He＋10n，而B选项中的核反应是核裂变，故B错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为E＝mc2，D错误，故选项A、C正确．三、非选择题11．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是21H＋31H―→42He＋10n，反应原料氘(21H)富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人工核转变得到．(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核(31H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：_______＋10n―→______＋31H.(2)在(1)中，每产生1g氚的同时有多少个63Li核实现了核转变？(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol－1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13J，求该核聚变过程中的质量亏损．解析：(1)核反应方程为：63Li＋10n―→42He＋31H.(2)因为1g氚为13mol，根据核反应方程，实现核转变的63Li也为13mol，所以有2.0×1023个63Li实现了核转变．(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，所以质量亏损为Δm≈3.1×10－29kg.答案：(1)63Li42He(2)2.0×1023个(3)3.1×10－29kg12.23592U受中子轰击时会发生裂变，产生13956Ba和9436Kr，同时放出200MeV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6.02×1023mol－1)解析：每天发电的总量E＝24×3.6×103×5×108J＝4.32×1013J.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＝nNA·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg.答案：0.527kg