【新步步高】2015-2016学年高中物理 第十九章 原子核 6、7、8 核裂变、 核聚变、粒子与宇宙学案

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．目前所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能 D．目前既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能 答案 AC

解析 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，故A、C正确，B、D错．

4．秦山核电站第三期工程的两个6×10 kW发电机组已实现并网发电. 发电站的核能来源于 92U的裂变，下列说法正确的是( )

A．反应堆中核反应速度通常是采用调节 92U的体积来控制的 B. 92U的一种可能的裂变是 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n C. 92U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短 D．一个 92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10答案 BD

解析 反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错； 92U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确． 题组二 对核聚变的理解

5．关于核聚变，以下说法不正确的是( ) A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁 B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站 C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10

－15

235

235

－11

235235

235

1

139

95

1

2355

235

J

m以内，核力才能起作用

D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核 答案 B

解析 与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的． 6．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是( ) A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损 B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加 C．裂变过程和聚变过程都有质量增加

9

D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损 答案 D

解析 重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损． 7．下列说法正确的是( ) A. 7N＋1H―→ 6C＋2He是α衰变方程 B.1H＋1H―→2He＋γ是核聚变反应方程 C. 92U―→ 90Th＋2He是核裂变反应方程

D.2He＋13Al―→15P＋0n是原子核的人工转变方程 答案 BD

解析 本题考查了核反应的相关知识，意在考查考生对天然放射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识的记忆及分析判断能力，选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确．

8．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为

11

4

27

30

1

238

234

4

1

2

3

15

1

12

4

H＋ 6C―→ 7N＋Q1，1H＋ 7N―→ 6C＋X＋Q2

121311512

方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

原子核 质量/u 11H 32He 42He 12 6C 13 7N 15 7N 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 以下推断正确的是( )

A．X是2He，Q2>Q1 B．X是2He，Q2>Q1 C．X是2He，Q2

解析 根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核X的质量数为4、电荷数为2，即X是2He；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q1

B．“人造太阳”的核反应方程是 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n

C．根据公式E＝mc可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多 D．根据公式E＝mc可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同

10

22

235

1

141

92

1

2

3

4

1

4

3

4

3

4

答案 AC

解析 1H＋1H→2He＋0n是氢核聚变方程，故A项正确；根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C项正确． 题组三 综合应用

10．在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，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 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，0n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________．以mU、mBa、mKr分别表示 92U、 56Ba、36Kr的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光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＝1.00×10kW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核的质量mU＝390×10

1

－27

－11

6

235

141

92

235

1

141

92

1

2

3

4

1

J，铀

kg，求每年(1年＝3.15×10 s)消耗的 92U的质量．

2

7235

答案 (1)0n 3 (mU－mBa－mKr－2mn)c (2)1 104 kg

解析 (1)由反应方程可知：X为0n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c.

6

P1.00×102356

(2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗 92U的功率为P′＝＝ kW＝2.5×10 kW.

40 @ %核电站每年消耗 92U的能量为

235

1

2

W＝P′t＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J

产生这些能量消耗的铀核的数目：

W7.875×101627

n＝＝－11＝2.83×10(个) ΔE2.78×10每年消耗 92U的质量为

235

M＝nmU＝2.83×1027×390×10－27 kg＝1 104 kg.

11．如下一系列核反应是在恒星内部发生的： p＋ 6C―→ 7N

13 7

12

13

N―→ 6C＋e＋μ

13

14

13＋

p＋ 6C―→ 7N p＋ 7N―→ 8O

15 8

14

15

O―→ 7N＋e＋μ

15＋

11

p＋ 7N―→ 6C＋α

其中p为质子，α为α粒子，e为正电子，μ为一种中微子．已知质子的质量mp＝1.672 648×10

27

＋

－

1512

kg，α粒子的质量mα＝6.644 929×10

－27

kg，正电子的质量me＝9.11×10

－31

kg，中微子的质量

可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×10 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量． 答案 3.95×10

－12

8

J

解析 为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p―→α＋2e＋2μ. 设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得 4mpc＝mαc＋2mec＋Q， 代入数据可得Q＝3.95×10

－12

2

2

2

＋

J.

4

12．一个原来静止的锂核(3Li)俘获一个速度为7.7×10 m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×10 m/s，方向与中子的运动方向相反． (1)试写出核反应方程； (2)求出氦核的速度大小；

(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量．(已知氘核质量为mD＝2.014 102 u，氚核质量为mT＝3.016 050 u，氦核质量mHe＝4.002 603 u，中子质量mn＝1.008 665 u，1 u＝1.660 6×10答案 (1)3Li＋0n―→1H＋2He (2)2×10 m/s (3)2.82×10

6

－1246

1

3

4

－27

3

6

kg)

J

1

3

4

解析 (1)3Li＋0n―→1H＋2He

(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得

mnv0＝－mTv1＋mHev2

mnv0＋mTv1

v2＝ mHe

1×7.7×10＋3×1.0×10＝ m/s 4＝2×10 m/s (3)质量亏损为 Δm＝mD＋mT－mHe－mn

＝(2.014 102＋3.016 050－4.002 603－1.008 665) u

4

4

3

12