魯科版選35核裂變 核聚變　 第1課時(shí) 作業(yè).docx

42核裂變4.3核聚變1.(多選)國家重大科技專項(xiàng)示范項(xiàng)目cap1400核電站在山東榮成石島灣建設(shè)。核電站與火電站相比較,其優(yōu)勢(shì)在于()a.核燃料釋放出的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量b.就可采儲(chǔ)量來說,地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭c.核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電能力的火電站d.核電站比火電站更容易建造解析:核電站與火電站相比,相等質(zhì)量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多,地球上可開采核礦石儲(chǔ)量所能提供的能量約為煤、石油的15倍,只要措施得當(dāng),核電站造成的污染很小,核能屬于清潔能源,a、b、c均正確;核電站的建造難度較大,d錯(cuò)誤。答案:abc2.(多選)人類通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)利用核能的方式有()a.利用可控制的快中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),制成原子彈b.利用不可控制的快中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),制成原子彈c.利用可控制的慢中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),建成原子反應(yīng)堆d.利用不可控制的慢中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),建成原子反應(yīng)堆解析:原子彈爆炸時(shí),鈾塊的體積大于臨界體積,快中子直接被鈾核吸收,發(fā)生裂變反應(yīng),放出核能,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度不可控制,極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的核能;原子反應(yīng)堆釋放核能的速度是穩(wěn)定的,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度可以控制,因此選b、c。答案:bc3.(多選)為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高清潔能源的比重,我國制定了優(yōu)先選擇核能,其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策,在核電中長期發(fā)展規(guī)劃中要求2020年核電運(yùn)行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到 4 000 萬千瓦的水平,請(qǐng)根據(jù)所學(xué)物理知識(shí),判斷下列說法中正確的是()a.核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小b.核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大c.所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能d.既有重核裂變,又有輕核聚變釋放大量的原子能解析:目前核電站都用核裂變,其原料是鈾,且核裂變?cè)诤朔磻?yīng)堆中應(yīng)用的是比較清潔的能源,故a、c正確,b、d錯(cuò)誤。答案:ac4.(多選)人類通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來利用核能的方式有下列哪兩類()a.利用可控制的快中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),制成原子彈b.利用不可控制的快中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),制成原子彈c.利用可控制的慢中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),建成核反應(yīng)堆d.利用不可控制的慢中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng),建成核反應(yīng)堆【解析】選b、c。原子彈爆炸時(shí),鈾塊的體積大于臨界體積,快中子直接被鈾核吸收,發(fā)生裂變反應(yīng),放出核能,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度不可控制,極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的核能;核反應(yīng)堆釋放核能的速度是穩(wěn)定的,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度可以控制,因此答案為b、c。5.當(dāng)一個(gè)重核裂變時(shí),它所產(chǎn)生的兩個(gè)核()a.含有的質(zhì)子數(shù)比裂變前重核的質(zhì)子數(shù)少b.含有的中子數(shù)比裂變前重核的中子數(shù)少c.裂變時(shí)釋放的能量等于俘獲中子時(shí)得到的能量d.可能是多種形式的兩個(gè)核的組合解析:由于在裂變反應(yīng)中吸收一個(gè)中子而釋放出幾個(gè)中子,質(zhì)子數(shù)沒有發(fā)生變化,而兩個(gè)新核的中子數(shù)減少,a錯(cuò)誤,b正確;反應(yīng)前后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放出能量,并不等于俘獲中子的能量,在裂變反應(yīng)中,產(chǎn)物并不是唯一的,故c錯(cuò)誤,d正確。答案:bd6.一個(gè)92235u在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng),其裂變方程為92235u+01nx+3894sr+201n,則下列說法正確的是()a.x的原子核中含有86個(gè)中子b.x的原子核中含有141個(gè)核子c.因?yàn)榱炎冡尫拍芰?出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少d.92235u是天然放射性元素,它的半衰期約為7億年,隨著地球環(huán)境的不斷變化,半衰期可能變短也可能變長解析:由核反應(yīng)規(guī)律可知,x是54140xe,x中有140個(gè)核子、86個(gè)中子,a項(xiàng)正確,b項(xiàng)錯(cuò)誤;裂變過程質(zhì)量虧損,總質(zhì)量數(shù)守恒,c項(xiàng)錯(cuò)誤;半衰期由核本身的因素決定,與外界條件無關(guān),d項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:a7.一個(gè)u原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng),其裂變方程為u+nsr+n,則下列敘述正確的是()a.x原子核中含有86個(gè)中子b.x原子核中含有141個(gè)核子c.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)e=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加d.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少答案:a解析:x原子核中的核子數(shù)為(235+1)-(94+2)=140,b項(xiàng)錯(cuò)誤。中子數(shù)為140-(92-38)=86,a項(xiàng)正確。裂變時(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的,所以c、d項(xiàng)錯(cuò)誤。8在某些恒星內(nèi)，3個(gè)粒子結(jié)合成一個(gè)c，c原子的質(zhì)量是12.000 0u，he原子的質(zhì)量是4.002 6u，已知1u1.661027kg，則()a反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m0.007 8ub反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是m1.291029kgc反應(yīng)過程中放出的能量是7.266mevd反應(yīng)過程中放出的能量是1.161019j答案：abc解析：其反應(yīng)方程是3hec。其質(zhì)量虧損為m(34.002612.0000)u0.0078u，a項(xiàng)對(duì)；m0.00781.661027kg1.291029kg，b項(xiàng)對(duì)；e0.0078931.5mev7.266mev，c項(xiàng)對(duì)；e7.2661061.61019j1.161012j，d項(xiàng)錯(cuò)。9.在核反應(yīng)中，控制鈾235裂變反應(yīng)速度的方法是()a使用濃縮鈾b改變鈾塊的臨界體積c通過自動(dòng)控制裝置，改變鎘核插入的深度，以改變中子數(shù)d利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度解析：使用濃縮鈾是為了使裂變更容易發(fā)生；通過改變鎘棒插入的深度來改變中子數(shù)，從而控制反應(yīng)速度；石墨起到使中子減速的作用答案：c10.u吸收一個(gè)慢中子后，分裂成xe和sr，還放出()a1個(gè)粒子 b3個(gè)中子c10個(gè)中子 d10個(gè)質(zhì)子解析：設(shè)所放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，由于核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，所以：235113690x,925438y，解得：x10、y0，由此可判斷核反應(yīng)放出的一定是中子，且個(gè)數(shù)為10.答案：c11.已知鈾核u)裂變生成鋇ba)和氪kr),ba、kr以及中子的質(zhì)量分別是235.043 9 u、143.913 9 u、88.897 3 u和1.008 7 u。我國秦山核電站一期工程的功率為30104 kw,假如u能夠完全發(fā)生裂變,其中有一半核能轉(zhuǎn)化為電能。則核電站一年要消耗多少u?(已知1 u=1.6610-27 kg)解析:核裂變方程為bakr+n。則一個(gè)u裂變釋放出來的核能e=(235.043 9 u-143.913 9 u-88.897 3 u-21.008 7 u)c2=0.215 31.6610-27(3108)2 j=3.2110-11 j每年核電站產(chǎn)生的總能量e=pt=30107365243 600 j=9.4611015 j所以每年消耗的鈾核個(gè)數(shù)為n=個(gè)=5.8941026個(gè)因此每年需要鈾的總質(zhì)量為m=mmol=23510-3 kg=231.1 kg。答案:231.1 kg12.現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是92235u+01n60143nd+zr+301n+8-10e+(1)核反應(yīng)方程中的是中微子,它不帶電,質(zhì)量數(shù)為零,試確定生成物鋯(zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù);(2)已知鈾(u)核的質(zhì)量為235.049 3 u,中子的質(zhì)量為1.008 7 u,釹(nd)核質(zhì)量為142.909 8 u,鋯核質(zhì)量為89.904 7 u;又知1 u=1.660 610-27 kg,試計(jì)算1 kg鈾235大約能產(chǎn)生多少能量。解析:(1)鋯的電荷數(shù)z=92-60+8=40,質(zhì)量數(shù)a=236-146=90;核反應(yīng)方程中應(yīng)用符號(hào)4090zr表示。(2)1 kg鈾235的鈾核個(gè)數(shù)為n=1 0002356.0210232.561024。不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量,一個(gè)鈾核反應(yīng)發(fā)生的質(zhì)量虧損為m=0.217 4 u。1 kg鈾235完全裂變產(chǎn)生的能量約為e=8.321013 j。答案:(1)4090(2)8.321013 j 13.(2020年以前我國將新增投產(chǎn)2300萬千瓦的核電站,核電站與火電站相比較,其優(yōu)勢(shì)在于()a.核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量b.就可采儲(chǔ)量來說,地球上核燃料資源遠(yuǎn)大于煤炭c.在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下d.核電站沒有任何污染e.核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強(qiáng)的輻射性,要做特殊處理(2)在各種能源中,核能具有能量密度大、地區(qū)適宜性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),在核電站中,核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能,核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng),釋放出大量核能。核反應(yīng)方程是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種,01n為中子,x為待求粒子,a為x的個(gè)數(shù),則x=,a=,以mu、mba、mkr分別表示核的質(zhì)量,mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量,c為光在真空中的傳播速度,則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能e=。有一座發(fā)電能力為p=1.00106kw的核電站,核能轉(zhuǎn)化為電能的效率=40%,假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)為中的核反應(yīng),已知每次核反應(yīng)過程放出的核能e=2.7810-11j,核的質(zhì)量mu=39010-27kg,求每年(1年=3.15107s)消耗的的質(zhì)量?！窘馕觥?1)選a、c、e。核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量a項(xiàng)正確;就可采儲(chǔ)量所提供的能量來說,遠(yuǎn)大于煤炭所能提供的能量,而不是采儲(chǔ)量,b項(xiàng)錯(cuò);在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下,c項(xiàng)正確;核電站是有污染的,核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強(qiáng)的輻射性,要做特殊處理,d錯(cuò),e正確。(2)鈾235裂變除生成外,還產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)目的中子,即式中的x為中子,由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒得產(chǎn)生的中子的個(gè)數(shù)為a=235+1-141-92=3。反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損m=mu+mn-mba-mkr-3mn=mu-mba-mkr-2mn故核能e=mc2=(mu-mba-mkr-2mn)c2反應(yīng)堆每年提供的核能e總=pt,其中t表示1年的時(shí)間。以m表示每年消耗的的質(zhì)量,得mmu=e總e,解得m=mupte,代入數(shù)據(jù)得m=1.10103kg。答案:(1)a、c、e(2)01n3mc2=(mu-mba-mkr-2mn)c21.10103kg14.92235u受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變,產(chǎn)生56139ba和3694kr,同時(shí)放出200 mev的能量,現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬千瓦的核電站,用鈾235作為原子鍋爐的燃料,假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電,那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多少?(阿伏加德羅常數(shù)取6.021023 mol-1)解析:每天發(fā)電的總量e=243.61035108 j=4.321013 j。要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目n=4.32101321081.610-19=1.351024。則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量m=nna=1.3510246.02102323510-3 kg0.527 kg。答案:0.527 kg15.一個(gè)鈾235原子俘獲一個(gè)中子后,裂變?yōu)殡?39和鍶94,同時(shí)放出三個(gè)中子。(1)寫出核反應(yīng)方程并算出一個(gè)鈾核裂變時(shí)釋放的核能。已知mu=235.043 94 u,mxe=138.918 44 u,msr=93.915 57 u,mn=1.008 665 u。(2)1 kg鈾完全裂變可釋放出的能量,相當(dāng)于多少熱值為2.93107 j/kg的煤完全燃燒時(shí)放出的熱量?(u為質(zhì)量單位,1 u相當(dāng)于931.6 mev能量)解析:(1)核反應(yīng)方程為92235u+01n54139xe+3894sr+301n。該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為m=(mu+mn)-(mxe+msr+3mn)=(235.043 94+1.008 665) u-(138.918 44+93.915 57+31.008 665) u=0.192 6 u,所以,一個(gè)鈾核裂變釋放的核能為e=0.192 6931 mev179.3 mev。(2)1 kg鈾中含有的鈾核數(shù)為n=1 000235na=1 0002356.0210232.5621024。1 kg鈾完全裂變共釋放的能量為e=ne=2.5621024179.3 mev4.601026 mev。相當(dāng)于完全燃燒的煤的質(zhì)量為m=eq=4.6010261061.610-192.93107 kg2.512106 kg=2 512 t.答案:(1)92235u+01n54139xe+3894sr+301n179.3 mev(2)2 512 t16.把氫核聚變反應(yīng)簡化為4個(gè)氫核(h)聚變成氦核(he)，同時(shí)放出2個(gè)正電子(e)和2個(gè)中微子(0)，已知質(zhì)子質(zhì)量mp1.0073u，氦核質(zhì)量m4.0015u，電子質(zhì)量me0.00055u，原子質(zhì)量單位：1u1.6605661027kg，真空中光速c3.0108m/s。(1)寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程；(2)計(jì)算一次核反應(yīng)釋放多少焦耳的能量。答案：(1)4hhe2e20(2)41012j解析：(1)聚變反應(yīng)方程為：4hhe2e20質(zhì)量虧損為：m4mpm2me釋放的能量為emc241012j17在鈾核裂變成鋇和氪的裂變反應(yīng)中，質(zhì)量虧損m0.215 3 u，那么，(1)一個(gè)鈾核裂變釋放的能量為多少？(2)反應(yīng)中平均每個(gè)核子釋放的能量為多少？解析：(1)由愛因斯坦質(zhì)能方程，可以求得鈾核裂變時(shí)放出的能量為：em931.5 mev0.215 3931.5 mev200.6 mev.(2)平均每個(gè)核子釋放的能量為： mev0.85 mev.答案：(1)200.6 mev(