2017-2018學(xué)年物理 6.2 核裂變和核變反應(yīng)堆同步練習(xí) 新人教版選修2-3.doc

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6.2　核裂變和核變反應(yīng)堆同步練習(xí) 一、單選題 1. 貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用.下列屬于放射性衰變的是(　　) A. ?614C→?714N+??10e B. ?92235U+?01n→?53131I+?39103Y+2?01n C. ?12H+?13H→?24He+?01n D. ?24He+?1327Al→?1530P+?01n 【答案】A 【解析】解：A、A選項(xiàng)的反應(yīng)釋放出電子，屬于β衰變，故A正確； B、B選項(xiàng)屬于重核裂變，故B錯(cuò)誤； C、B選項(xiàng)屬于輕核聚變，故C錯(cuò)誤； D、D選項(xiàng)是發(fā)現(xiàn)中子的反應(yīng)，不是放射性衰變，故D錯(cuò)誤． 故選：A 2. 有關(guān)下列四幅圖的說法正確的是(　　) A. 甲圖中，球m1以速度v碰撞靜止球m2，若兩球質(zhì)量相等，碰后m2的速度一定為v B. 乙圖中，在光顏色保持不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大 C. 丙圖中，射線甲由β粒子組成，射線乙為γ射線，射線丙由α粒子組成 D. 丁圖中，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于輕核聚變 【答案】B 【解析】解：A、甲圖中，兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，碰撞過程機(jī)械能不增加，如果兩球質(zhì)量相等，則碰撞后m2的速度不大于v，但不是一定等于v，故A錯(cuò)誤； B、乙圖中，圖中光的顏色保持不變的情況下，光照越強(qiáng)，光電子數(shù)目越多，則飽和光電流越大，故B正確； C、丙圖中，由左手定則可知，甲帶正電，則甲射線由α粒子組成，乙不帶電，射線乙是γ射線，丙射線粒子帶負(fù)電，則丙射線由電子組成，故C錯(cuò)誤； D、圖4中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核裂變，故D錯(cuò)誤； 故選：B 3. 下面列出的是一些核反應(yīng)方程 ?49Be+?12H→?510B+Y ?24He+?24He→?37Li+Z ?1530P→?1430Si+X 其中(　　) A. X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子 B. X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子 C. X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子 D. X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子 【答案】D 【解析】解：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為0，則X為正電子；Y的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，則Y為中子；Z的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，則Z是質(zhì)子． 故選：D． 4. 下列說法中不正確的是(　　) A. 目前已建成的核電站的能量來自于重核裂變 B. 原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外就是β射線 C. 氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)，電子的動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少，原子總能量減少 D. 氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后一定剩下1個(gè)原子核 【答案】D 【解析】解：A、核電站的能量來自于重核裂變，故A正確． B、β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的，故B正確； C、根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合庫侖力提供向心力，當(dāng)從較高的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)時(shí)，電子的動(dòng)能增加，電勢(shì)能減小，原子的總能量減小，故C正確； D、半衰期對(duì)大量的原子核適用，對(duì)少量的原子核不適用.故D錯(cuò)誤； 本題選擇錯(cuò)誤的，故選：D． 5. 鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：92235U+01n→a+b+201n，則a+b可能是(　　) A. 54140Xe+3693Kr B. 56141Ba+3692Kr C. 56141Ba+3893Sr D. 54140Xe+3894Sr 【答案】D 【解析】解：根據(jù)核反應(yīng)的特點(diǎn)可知，核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，根據(jù)各選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)可知，A都不守恒，B質(zhì)量數(shù)不守恒，C電荷數(shù)不守恒，D正確． 故選：D 6. 2017年量子通信衛(wèi)星“墨子號(hào)”首席科學(xué)家潘建偉獲得“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”。對(duì)于有關(guān)粒子的研究，下列說法正確的是(　　) A. 在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時(shí)，不能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) B. 鈾元素的半衰期為T，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，鈾元素的半衰期也發(fā)生變化 C. 輕核聚變的過程質(zhì)量增大，重核裂變的過程有質(zhì)量虧損 D. 比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定吸收能量 【答案】A 【解析】解：A、在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時(shí)，不能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故A正確。 B、半衰期的大小與溫度無關(guān)，由原子核內(nèi)部因素決定，故B錯(cuò)誤。 C、輕核聚變和重核裂變都有質(zhì)量虧損，都向外輻射能量，故C錯(cuò)誤。 D、比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時(shí)有質(zhì)量虧損，釋放核能，故D錯(cuò)誤。 故選：A。 7. 國家大科學(xué)工程--中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A. ?714N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生?817O并放出一個(gè)粒子 B. ?1327Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生?1530P并放出一個(gè)粒子 C. ?511B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生?48Be并放出一個(gè)粒子 D. ?36Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生?23He并放出一個(gè)粒子 【答案】B 【解析】解：A、?714N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生?817O后，新粒子的質(zhì)量數(shù)為14+4?17=1，電荷數(shù)為：7+2?8=1，所以粒子為質(zhì)子。故A錯(cuò)誤； B、?1327Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生?1530P后，粒子的質(zhì)量數(shù)為27+4?30=1，電荷數(shù)為：13+2?15=0，所以粒子為中子。故B正確； C、?511B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生?48Be后，粒子的質(zhì)量數(shù)為11+1?8=4，電荷數(shù)為：5+1?4=2，所以粒子為α粒子。故C錯(cuò)誤； D、?36Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生?23He后，粒子的質(zhì)量數(shù)為6+1?3=4，電荷數(shù)為：3+1?2=2，所以粒子為α粒子。故D錯(cuò)誤 故選：B。 二、多選題 8. 核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，增加患癌的風(fēng)險(xiǎn).已知钚的一種同位素94239Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為94239Pu→X+24He+γ，則下列說法中正確的是(　　) A. 衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，穿透能力很強(qiáng) B. 上述衰變方程中的X含有143個(gè)中子 C. 8個(gè)94239Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余4個(gè) D. 衰變過程中總質(zhì)量不變 【答案】AB 【解析】解：A、衰變發(fā)出的γ射線是電磁波，是波長很短的光子，穿透能力很強(qiáng)，故A正確． B、根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，則中子數(shù)為143，故B正確． C、半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用，對(duì)少數(shù)的原子核不適用，故C錯(cuò)誤． D、衰變的過程中有能量放出，可知有質(zhì)量虧損，故D錯(cuò)誤． 故選：AB． 9. 一個(gè)原子核?baX進(jìn)行一次α衰變后成為原子核?dcY，然后又進(jìn)行一次β衰變，成為原子核?gfZ；?baX→?dcY→?gfZ，它們的質(zhì)量數(shù)a，c，f及電荷數(shù)b，d，g之間應(yīng)有的關(guān)系是(　　) A. a=f+4 B. c=f+1 C. g=d+1 D. b=g+1 【答案】ACD 【解析】解：?baX進(jìn)行一次α衰變后成為原子核?dcY，方程式為：?baX→?dcY+?24He，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，a=c+4，b=d+2， 又進(jìn)行一次β衰變，成為原子核?gfZ，方程式為：?dcY→?gfZ+?10e，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，c=f，d=g?1， 可知a=f+4，g=d+1，b=g+1，故A、C、D正確，B錯(cuò)誤。 故選：ACD。 10. 科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X+Y→?24He+?13H+4.9MeV和?12H+?13H→?24He+X+17.6MeV.下列表述正確的有(　　) A. X是中子 B. Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C. 兩個(gè)核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D. 氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) 【答案】AD 【解析】解：A、根據(jù)核反應(yīng)方程：?12H+?13H→?24He+X，X的質(zhì)量數(shù)：m1=2+3?4=1，核電荷數(shù)：z1=1+1?2=0，所以X是中子。故A正確； B、根據(jù)核反應(yīng)方程：X+Y→?24He+?13H，X是中子，所以Y的質(zhì)量數(shù)：m2=4+3?1=6，核電荷數(shù)：z2=2+1?0=3，所以Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是3.故B錯(cuò)誤； C、根據(jù)兩個(gè)核反應(yīng)方程可知，都有大量的能量釋放出來，所以一定都有質(zhì)量虧損。故C錯(cuò)誤； D、氘和氚的核反應(yīng)過程中是質(zhì)量比較小的核生成質(zhì)量比較大的新核，所以是核聚變反應(yīng)。故D正確。 故選：AD。 11. 已知氘核的平均結(jié)合能是1.09MeV，質(zhì)量為m1，氚核的平均結(jié)合能是2.78MeV，質(zhì)量為m2，氦核的平均結(jié)合能是7.03MeV，質(zhì)量為m3，中子的質(zhì)量為m4，在某次核反應(yīng)中，1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氦核，則下列說法中正確的是(　　) A. 這個(gè)核反應(yīng)質(zhì)量虧損為△m=m1+m2?m3 B. 核反應(yīng)方程為?12H+?13H→?24He+?01n C. 核反應(yīng)過程中釋放的核能是17.6MeV D. 目前核電站都采用上述核反應(yīng)發(fā)電 【答案】BC 【解析】解：A、根據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒知同時(shí)有一個(gè)中子生成，反應(yīng)方程為?12H+?13H→?24He+?01n，依據(jù)質(zhì)量虧損定義，則有：△m=m1+m2?m3?m4，故A錯(cuò)誤； B、1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氮核，根據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒知同時(shí)有一個(gè)中子生成，反應(yīng)方程為?12H+?13H→?24He+?01n.故B正確； C、氘核的比結(jié)合能是1.09MeV，氚核的比結(jié)合能是2.78MeV，氦核的比結(jié)合能是7.03MeV，根據(jù)能量守恒定律可知，核反應(yīng)過程中釋放的核能是：47.03?21.09?32.78=17.6MeV.故C正確． D、1個(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氮核及一個(gè)中子，這是聚變反應(yīng)，而目前核電站都采用核裂變發(fā)電.故D錯(cuò)誤； 故選：BC． 12. 下列關(guān)于核反應(yīng)的說法中正確的是(　　) A. 目前已建成的核電站的能量都來自于重核裂變 B. 重核裂變釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)減少 C. 由圖可知，原子D和E聚變成原子核F要吸收能量 D. 由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C要放出核能 【答案】AD 【解析】解：A、目前世界上正在工作的核電站都是利用原子核的裂變反應(yīng)釋放核能的，核聚變反應(yīng)目前還沒有能很好的控制，故A正確； B、重核裂變釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，但核子數(shù)不變，故B錯(cuò)誤； C、由圖可知，原子D和E聚變成原子核F，是輕核聚變，要放出能量，故C錯(cuò)誤； D、由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C是重核裂變，要放出能量，故D正確； 故選：AD 三、計(jì)算題 13. 原來靜止的原子核?abX，發(fā)生α衰變后放出一個(gè)動(dòng)能為E0的α粒子，求： (1)生成的新核動(dòng)能是多少？ (2)如果衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子及新核的動(dòng)能，釋放的核能△E是多少？ (3)虧損的質(zhì)量△m是多少？ 【答案】解：(1)衰變方程為：?abX→?24He+?a?2b?4Y 在衰變過程中動(dòng)量守恒：mαvα=mYvY， α和生成核的動(dòng)量P相等， 所以EKYEKα=EKYE0=mαmY=4b?4， 解得：EKY=4b?4E0 (2)由能量守恒，釋放的核能： △E=E0+EKY =E0+4b?4E0 =bE0b?4 (3)由質(zhì)能關(guān)系△E=△mc2，解得△m=bE0(b?4)C2． 答：(1)生成的新核動(dòng)能是多少4b?4E0 (2)如果衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子及新核的動(dòng)能，釋放的核能△E是bE0b?4 (3)虧損的質(zhì)量△m是bE0(b?4)C2 【解析】(1)首先要書寫衰變方程.在衰變過程中，遵守動(dòng)量守恒，根據(jù)動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系，列式求解動(dòng)能． (2)根據(jù)能量守恒定律求解釋放的核能△E． (3)由質(zhì)能關(guān)系△E=△mc2，求解虧損的質(zhì)量△m． 衰變過程類比于爆炸，滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，同時(shí)注意動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系式． 14. 一靜止的鈾核?92238U發(fā)生α衰變后變?yōu)殁Q核Th，放出的α粒子速度為0.1c(c是光在真空中的速度)，不考慮相對(duì)論效應(yīng)。 ①試寫出該衰變的核反應(yīng)方程； ②求釷核的速度大小。 【答案】解：①質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒得方程：?92238U→?90234Th+?24He ②設(shè)釷核的質(zhì)量為M，反沖速度為v，由動(dòng)量守恒定律 0=m(0.1c)?Mv 其中mM=4234，得：v=1585c 答：①衰變的核反應(yīng)方程為?92238U→?90234Th+?24He ②釷核的速度大小為1585c 【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒即可寫出衰變方程，根據(jù)動(dòng)量守恒定律列方程求解釷核的速度大小。 本題明確核反應(yīng)中的兩個(gè)守恒；關(guān)鍵根據(jù)動(dòng)量守恒定律求解反應(yīng)后新核的速度。 15. 1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子.科學(xué)研究表明其核反應(yīng)過程是：α粒子轟擊靜止的氮核(?714N)后形成了不穩(wěn)定的復(fù)核，復(fù)核發(fā)生衰變放出質(zhì)子，變成氧核.設(shè)α粒子質(zhì)量為m1，初速度為v0，氮核質(zhì)量為m2，質(zhì)子質(zhì)量為m0，氧核的質(zhì)量為m3． (1)寫出盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程______ ； (2)α粒子轟擊氮核形成不穩(wěn)定復(fù)核的瞬間，復(fù)核的速度為多大？ (3)求此過程中釋放的核能． 【答案】?714N+24He→817O+11H 【解析】解：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得α粒子轟擊氮核方程為： ?714N+24He→817O+11H (2)設(shè)復(fù)核的速度為v，由動(dòng)量守恒定律得： m1v0=(m1+m2)v 解得：v=m1v0m1+m2 (3)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：△m=m1+m2?m0?m3 反應(yīng)過程中釋放的核能： △E=△mc2=(m1+m2?m0?m3)?c2 答：(1)α粒子轟擊氮核的核反應(yīng)方程為?714N+24He→817O+11H. (2)復(fù)核的速度為v=m1v0m1+m2． (3)該核反應(yīng)過程中釋放的核能為(m1+m2?m0?m3)c2． 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以正確書寫核反應(yīng)方程，α粒子轟擊靜止的氮核過程中動(dòng)量和能量守恒，因此根據(jù)動(dòng)量守恒和質(zhì)能方程可正確解答該題． 利用動(dòng)量守恒和能量守恒解答原子物理問題是考查的重點(diǎn)，在平時(shí)訓(xùn)練中要加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練．