2019-2020学年高中物理 第4章 核能 第2节 核裂变随堂演练巩固提升课件 鲁科版选修3-5

[随堂检测]1.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，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．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.(多选)下列核反应方程及其表述正确的是()A.94Be＋42He―→126C＋10n是人工核转变B.22892U―→22490Th＋42He是α衰变C.23592U＋10n―→9236Kr＋14156Ba＋310n是裂变反应D.2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变反应解析：选ABC.A是人工核转变，B是α衰变，C是裂变，D是β衰变，故D不正确．3.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、调速剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统解析：选A.根据核反应堆的基本特点及组成确定．故正确答案为A.4.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，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2020年核电运行装机总容量达到4000万千瓦的水平，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．重核裂变是比较清洁的能源，污染较小解析：选ACD.目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，但也有一定的污染，故A、C、D正确，B错误．5.二战末期，美国在日本广岛投下的原子弹相当于2万吨TNT炸药释放的能量，已知1kgTNT炸药爆炸时释放的能量是4.2×106J，则该原子弹含有纯23592U多少千克？(1个23592U原子核裂变时放出200MeV能量，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023个/mol)解析：2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量E＝2×107×4.2×106J＝8.4×1013J，1个23592U原子核放出的能量ΔE＝200MeV，设纯23592U的质量为M，则E＝NΔE＝M235NAΔE，故M＝235ENAΔE＝235×8.4×10136.02×1023×200×106×1.6×10－19g≈1.0×103g＝1.0kg.答案：1.0kg[课时作业]一、单项选择题1.下列关于重核裂变的说法中正确的是()A．裂变过程中释放能量B．裂变过程中吸收能量C．反应过程中质量增加D．反应过程中质量不变解析：选A.重核裂变成两个或多个中等质量的原子核，质量减少，释放出能量．2.在核反应堆外修建很厚的水泥墙是为了防止()A．核爆炸B．放射线外泄C．核燃料外泄D．慢中子外泄解析：选B.核反应堆的核燃料一般是铀235，它具有很强的放射性，其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤害，在其外修建很厚的水泥墙就是为了防止放射线外泄，B正确．3.人类通过链式反应利用核能的方式有()A．利用可控制的快中子链式反应，制成原子反应堆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，制成原子弹D．利用不可控制的慢中子链式反应，制成原子弹解析：选B.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；原子核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.4．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目．目前关于该电站获取核能的基本核反应方程可能是()A.23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010nB.2411Na―→2412Mg＋0－1eC.147N＋42He―→178O＋11HD.23892U―→23490Th＋42He解析：选A.目前已建成的核电站的能量来源于重核的裂变，重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变．5.下面是铀核裂变反应中的一个为23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n，已知铀235的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中()A．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072)uB．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)MeVC．释放总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×(3×108)2JD．释放总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×931.5MeV解析：选D.质量亏损是反应物与生成物之差，差值可用“u”或“kg”作单位，前者直接用1u的亏损放出931.5MeV的能量计算，后者核能的单位是焦耳．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为阿伏伽德罗常数)()A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD.NA235×196MeV解析：选D.由于1mol的铀核质量为235g，1g铀235摩尔数为1235，因此1g铀235释放的能量E＝NA235×196MeV，故D正确．7.一个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―→abX＋9438Sr＋210n，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解析：选A.由质量数守恒和电荷数守恒知：235＋1＝a＋94＋2×1，92＝b＋38，解得：a＝140，b＝54，其中a为X的质量数，b为X的核电荷数，X核中的中子数为：a－b＝140－54＝86，由此可知A对，B错；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C、D均错．二、多项选择题8.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．吸收中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢解析：选BD.在核反应堆中，石墨起使快中子变为慢中子的作用．镉棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，故B、D正确．9.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235UD．铀块的体积对产生链式反应是有影响的解析：选BCD.铀核受到中子的冲击，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比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，235U受中子的轰击时，裂变的概率大．而238U只有俘获能量在1MeV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B、C、D正确．10．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.23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋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粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是()A．X为中子，a＝2B．X为中子，a＝3C．上述核反应中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2D．上述核反应中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－3mX)c2解析：选BC.核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX中X为10n，a＝3，则A错，B对；由ΔE＝Δmc2可得：ΔE＝(mU＋mX－mBa－mKr－3mX)c2＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2，则C对，D错．三、非选择题11.一静止的23892U核经α衰变成为23490Th核，释放出的总动能为4.27MeV，问此衰变后23490Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：据题意知，此α衰变的衰变方程为23892U→23490Th＋42He根据动量守恒定律得mαvα＝mThvTh①式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小．由题设条件知12mαv2α＋12mThv2Th＝Ek②mαmTh＝4234③式中Ek＝4.27MeV是α粒子与Th的总动能．由①②③式得12mThv2Th＝mαmα＋mThEk代入数据得，衰变后23490Th核的动能12mThv2Th＝0.07MeV.答案：0.07MeV12.在其他能源中，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23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________，mU、mBa、mKr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光子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＝1.00×106kW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＝2.78×10－11J，23592U核的质量mU＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的质量．解析：(1)依据核电荷数守恒和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＝Δmc2，即ΔE＝[mU－(mBa＋mKr＋2mn)]·c2.(2)因核电站的核能转化效率为40%故核电站消耗23592U的功率为P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106kW则核电站每年消耗23592U所释放的能量为E＝P′t＝2.5×106×103×3.15×107J＝7.875×1016J故每年消耗23592U的质量为m＝EΔE·mU＝7.875×10162.78×10－11×390×10－27kg≈1105kg.答案：(1)10n3[mU－(mBa＋mKr＋2mn)]·c2(2)1105kg本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放