高中物理选择性必修第三册配人教版-第五章-4-核裂变与核聚变.docx

4.核裂变与核聚变
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.(多选)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,最好用铀235而不用铀238
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
答案BC
解析铀核受到中子的轰击,会引起裂变,放出2~3个中子,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,只是裂变成两块的情况多,也有的裂变成多块,A错误,B正确;铀235受慢中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只能俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变,且裂变的概率小C正确;要引起链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,D错误。
2.(2020吉林长春模拟)图为原子核裂变并发生链式反应的示意图,铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变对应的核反应方程是 92235U+n→a140X+ 38bY+2n,其中n为中子,对于产物X的原子序数a和产物Y的质量数b,以下判断正确的是(　　)

A.a=53,b=93 B.a=54,b=94
C.a=53,b=94 D.a=54,b=93
答案B
解析核反应质子数守恒:92=a+38;
核反应质量数守恒:235+1=140+b+2;
联立得a=54,b=94。故B正确,A、C、D错误。
3.(2020湖北武汉模拟)聚变与裂变相比有很多优点,下列说法不正确的是(　　)
A.地球上聚变燃料的储量丰富,足以满足聚变的需要
B.轻核聚变更为安全、清洁
C.相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多
D.环流器是利用聚变物质的惯性进行约束,即用激光从各个方向照射反应的物质,使它们“挤”在一起发生反应
答案D
解析地球上每升水中含有0.03 g的氘,氚可以利用锂制取,聚变燃料丰富,故A正确;轻核聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应自动停止,且反应产生的氦没有放射性,聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂变反应堆生成的废物数量少,放射废料少,容易处理,故B正确;相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多,产能效率高,故C正确;环流器是利用磁约束,而不是聚变物质的惯性进行约束,故D不正确。
4.(多选)下列说法正确的是(　　)
A. 12H+13H→24He+01n是聚变
B.92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n是裂变
C.88226Ra→86222Rn+24He是α衰变
D.1124Na→1224Mg+-10e是裂变
答案ABC
解析A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核,是聚变反应,故A选项正确;B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核,并放出几个中子,是裂变反应,故B选项正确;在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子,是α衰变,C选项是正确的;而D应是β衰变,故答案为A、B、C。
5.(多选)据《中国科技报》报道,我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称为“人造太阳”)已经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 92235U+01n→56141Ba+ 3692Kr+301n
B.“人造太阳”的核反应过程中一定发生质量亏损,该过程释放的核能可以用ΔE=Δmc2来计算
C.“人造太阳”的核反应方程是 12H+13H→24He+01n
D.“人造太阳”的核反应必须在极高温度下,使参与核反应的原子核间的距离接近10-15 m的范围以内才能够发生
答案BCD
解析人造太阳的核反应是氘核和氚核进行的核聚变反应,A错误,C正确;核聚变过程中出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可求出核反应释放的能量,B正确;聚变反应必须在极高温度下,使参与核反应的原子核间的距离接近10-15 m的范围以内才能够发生,故D正确。
关键能力提升练
6.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.3 MeV的能量,当三个α粒子结合成一个碳(C)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(C)核时,释放的能量约为(　　)

A.21.04 MeV B.35.56 MeV
C.77.64 MeV D.92.16 MeV
答案D
解析6个中子和6个质子可结合成3个α粒子,放出能量3×28.3 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。
7.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核,已知氘核质量mD=2.013 6 u,氦核质量mHe=3.015 0 u,中子质量mn=1.008 7 u。
(1)计算释放出的结合能
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35 MeV,它们正撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转变为动能,则反应产生的氦核和中子的动能各为多大?
答案(1)3.26 MeV　(2)0.99 MeV　2.97 MeV
解析(1)核反应方程为 12H+12H→23He+01n
反应质量亏损Δm=2mD-mHe-mn=0.003 5 u。
由质能方程得释放核能ΔE=Δm×931.5 MeV=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV。
(2)将两氘核作为一个系统
由动量守恒定律有0=mHevHe+mnvn①
由能量守恒定律有12mHevHe2+12mnvn2=ΔE+2Ek0②
由①②代入数据可得EkHe=0.99 MeV
Ekn=2.97 MeV。
8.现有的核电站常用的核反应之一是:
 92235U+01n→60143Nd+Zr+301n+8-10e+υ
(1)核反应方程中的υ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;
(2)已知铀核的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,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焦耳?(已知1 u质量相当于931.5 MeV的能量,1 u=1.660 6×10-27 kg,不考虑核反应中生成的电子的质量)
答案(1)40　90　(2)8.1×1013
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=1235.043 9×1.660 6×10-27=2.56×1024
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Δm=0.212 u,释放的能量为
ΔE=0.212×931.5 MeV=197.5 MeV
则1 kg铀235完全裂变释放的能量为
E=nΔE=2.56×1024×197.5 MeV=5.056×1026 MeV=8.1×1013 J。
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