1、课时分层作业课时分层作业(十九十九)核裂变与核聚变核裂变与核聚变“基基 本本”粒子粒子 (建议用时：建议用时：25 分钟分钟) 考点一考点一对核裂变和链式反应的理解对核裂变和链式反应的理解 1(多选多选)当一个重核裂变时当一个重核裂变时，它能产生的两个核它能产生的两个核( ) A一定是稳定的一定是稳定的 B含有的中子数较裂变前重核的中子数少含有的中子数较裂变前重核的中子数少 C裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量 D可以是多种形式的两个核的组合可以是多种形式的两个核的组合 BD重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出重核裂变为两个中等质量的核时平均要放
2、出 2 个或个或 3 个中子个中子，裂变释放的能裂变释放的能 量比俘获中子的能量大量比俘获中子的能量大，故故 C 错误；质子数不变错误；质子数不变，中子数会减少中子数会减少，故故 B 正确；重核裂正确；重核裂 变的产物是多种多样的变的产物是多种多样的，故故 A 错误错误，D 正确。正确。 2(多选多选)用中子用中子( 1 1 0 0n)轰击铀核 轰击铀核(23592U)发生裂变反应发生裂变反应，会产生钡核会产生钡核(14156Ba)和氪和氪(9236Kr)并并 释放出中子释放出中子( 1 1 0 0n)， ，当达到某些条件时可发生链式反应当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核一个铀核(235
3、92U)裂变时裂变时，释放的能释放的能 量约为量约为 200 MeV(1 eV1.610 19J)。 。以下说法正确的是以下说法正确的是() A23592U 的裂变方程为的裂变方程为 235 92U14156Ba9236Kr10n B23592U 的裂变方程为的裂变方程为 235 92U10n14156Ba9236Kr310n C23592U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D一个一个 235 92U 裂变时裂变时，质量亏损约为质量亏损约为 3.610 28 kg BCD23592U 的裂变方程为的裂变方程为 235 92U 1 1 0 0n 14156B
4、a 9292 3636Kr 3 1 1 0 0n， ，故故 A 错误错误，B 正确；当铀正确；当铀 块体积大于临界体积时链式反应才会发生块体积大于临界体积时链式反应才会发生，故故 C 正确；正确；1 u1.6610 27 kg，又又 1 u 相相 当于当于 931.56 MeV，则则 200 MeV 相当于相当于 0.214 7 u，故质量亏损约为故质量亏损约为 3.610 28 kg，故故 D 正确。正确。 考点二考点二核电站与核反应堆核电站与核反应堆 3(多选多选)关于核反应堆关于核反应堆，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A铀棒是核燃料铀棒是核燃料，裂变时释放核能裂变时释放核能 B
5、镉棒的作用是控制反应堆的功率镉棒的作用是控制反应堆的功率 C铀棒的作用是控制反应堆的功率铀棒的作用是控制反应堆的功率 D石墨的作用是吸收中子石墨的作用是吸收中子 AB铀棒是核燃料铀棒是核燃料，裂变时可放出能量裂变时可放出能量，故故 A 正确；镉棒吸收中子的能力很强正确；镉棒吸收中子的能力很强， 作用是调节中子数目以控制反应速度作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率即控制反应堆功率，故故 B 正确正确，C 错误错误；慢中子慢中子 最容易引发铀核裂变最容易引发铀核裂变， 所以在快中子碰到铀棒前要进行减速所以在快中子碰到铀棒前要进行减速， 石墨的作用是使中子减速石墨的作用是使中子减速，
6、故故 D 错误。错误。 4关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是下列说法正确的是() A镉棒能释放中子镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度依靠释放的多少控制反应速度 B用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量 C利用镉棒对中子吸收能力强的特点利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量依靠插入的多少控制中子数量 D镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度 C镉棒不是镉棒不是粒粒子源不
7、会释放中子子源不会释放中子，A 错误错误；也不是减速剂也不是减速剂，不能使快中子变为慢不能使快中子变为慢 中子中子，也不阻碍铀的裂变也不阻碍铀的裂变，B、D 错误；镉棒对中子有吸收作用错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器通过中子强度检测器 检测检测，当反应太强时当反应太强时，控制棒能自动插入控制棒能自动插入，多吸收中子多吸收中子，反之反之，自动抽出自动抽出，少吸收中子少吸收中子， C 正确。正确。 考点三考点三对核聚变的理解对核聚变的理解 5关于轻核聚变释放核能关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多一次聚变反应一定比
8、一次裂变反应释放的能量多 B聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C聚变反应中粒子的比结合能变小聚变反应中粒子的比结合能变小 D聚变反应中由于形成质量较大的核聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大故反应后质量变大 B聚变反应的比结合能大于裂变反应的比结合能聚变反应的比结合能大于裂变反应的比结合能， 但参与的核子数目裂变大于聚但参与的核子数目裂变大于聚 变变，故聚变反应释放的总能量不一定多故聚变反应释放的总能量不一定多，故故 A、C 错误错误，B 正确正确；由于聚变反应释放能由于聚变反应释放能 量量，发生质量亏损发生质量亏损，故聚
9、变后核的质量减少故聚变后核的质量减少，故故 D 错误。错误。 6(多选多选)我国最新一代核聚变装置我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电在安徽合肥首次放电，显示了显示了 “EAST”装置具有良好的整体性能装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达使等离子体约束时间达 1 000 s，温度超过温度超过 1 亿摄亿摄 氏度氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建合肥也成为世界上第一个建 成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要
10、原料是氘核聚变的主要原料是氘， 在海水中含量极其丰富在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为已知氘核的质量为 m1，中子的质量为中子的质量为 m2， 3 3 2 2He 的质量为 的质量为 m3， 质子的质量为质子的质量为 m4，则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是() A两个氘核聚变成一个两个氘核聚变成一个 3 2He 所产生的另一个粒子是质子所产生的另一个粒子是质子 B两个氘核聚变成一个两个氘核聚变成一个 3 2He 所产生的另一个粒子是中子所产生的另一个粒子是中子 C两个氘核聚变成一个两个氘核聚变成一个 3 2He 所释放的核能为所释放的核能为(2m1m3m4)c2 D两个氘核聚变成一
11、个两个氘核聚变成一个 3 2He 所释放的核能为所释放的核能为(2m1m3m2)c2 BD由核反应方程由核反应方程 221H32He10X 知知 X 应为中子应为中子， 释放的核能应为释放的核能应为E(2m1m3 m2)c2，故故 A、C 错误错误，B、D 正确。正确。 7(多选多选)核聚变能是一种具有经济性能优越核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠安全可靠、无环境污染等优势的新无环境污染等优势的新 能源能源。近年来近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术目前正在突破关键技术，最终将最终将 建成商用核聚变电站建成商用核聚变电站。 一种常
12、见的核聚变反应是由氢的同位素氘一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢又叫重氢)和氚和氚(又叫超又叫超 重氢重氢)聚合成氦聚合成氦，并释放一个中子并释放一个中子。若已知氘原子的质量为若已知氘原子的质量为 2.014 1 u，氚原子的质量氚原子的质量为为 3.016 0 u，氦原子的质量为氦原子的质量为 4.002 6 u，中子的质量为中子的质量为 1.008 7 u，1 u1.6610 27 kg。 则这个核反应释放出来的能量为则这个核反应释放出来的能量为(光速光速 c3.00108m/s，1 u 相当于相当于 931.5 MeV)() A2.810 10 JB2.810 12 J C1
13、.75 MeVD17.5 MeV BD核反应释放出来的能量：核反应释放出来的能量：Emc2，m(m 氘氘 m 氚氚) (mHemn)0.018 8 u，由计算得：由计算得：E2.810 12 J17.5 MeV，故故 B、D 正确。正确。 考点四考点四“基本基本”粒子粒子 8(多选多选)下列所述正确的是下列所述正确的是() A强子是参与强相互作用的粒子强子是参与强相互作用的粒子 B轻子是不参与强相互作用的粒子轻子是不参与强相互作用的粒子 C目前发现的轻子只有目前发现的轻子只有 8 种种 D夸克有夸克有 6 种种，它们带的电荷量分别为元电荷的它们带的电荷量分别为元电荷的2 3或 或1 3 ABD
14、由三类粒子的特性可知由三类粒子的特性可知 A、B 正确正确；而目前发现的轻子只有而目前发现的轻子只有 6 种种，C 错误错误； 夸克模型经过几十年的发展夸克模型经过几十年的发展， 已知夸克有已知夸克有 6 种种， 它们带的电荷分别为元电荷的它们带的电荷分别为元电荷的2 3或 或1 3， ， D 正确。正确。 9已知氘核质量为已知氘核质量为 2.013 6 u，中子质量为中子质量为 1.008 7 u， 3 3 2 2He 核的质量为 核的质量为 3.015 0 u。 两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成 3 3 2 2He 并放出一个中子 并放出一个中子， 释放的核
15、能全部转化为机械释放的核能全部转化为机械 能能。(质量亏损为质量亏损为 1 u 时时，释放的能量为释放的能量为 931.5 MeV。除了计算质量亏损外除了计算质量亏损外， 3 3 2 2He 的质量 的质量 可以认为是中子的可以认为是中子的 3 倍倍) (1)写出该核反应的反应方程式写出该核反应的反应方程式。 (2)该核反应释放的核能是多少？该核反应释放的核能是多少？ (3)若测得反应后生成中子的动能是若测得反应后生成中子的动能是 3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多则反应前每个氘核的动能是多少少 MeV? 解析解析(1)核反应方程为：核反应方程为： 2 2 1 1H 2 2 1 1H
16、 3 3 2 2He 1 1 0 0n (2)质量亏损为质量亏损为：m2.013 62 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能释放的核能 为：为： Emc20.003 5931.5 MeV3.26 MeV (3)设中子和设中子和 3 3 2 2He 核的质量分别为 核的质量分别为 m1、m2，速度分别为速度分别为 v1、v2。反应前每个氘核的。反应前每个氘核的 动能是动能是 E0， 反应后中子和反应后中子和 3 3 2 2He 核动能分别为 核动能分别为 E1、 E2， 根据动量守恒定律根据动量守恒定律， 得得 m1v1m2v2 0，E1 E2 p2 2m1
17、p2 2m2 m2 m1 3，E2E1 3 1.04 MeV 由能量的转化和守恒定律由能量的转化和守恒定律，得得 E1E22E0E，E00.45 MeV。 答案答案 (1)21H21H32He10n (2)3.26 MeV(3)0.45 MeV (建议用时：建议用时：15 分钟分钟) 10(多选多选)在某些恒星内在某些恒星内，3 个个粒子结合成一个粒子结合成一个 C，C 原子的质量是原子的质量是 12.000 0 u， He 原子的质量是原子的质量是 4.002 6 u， 已知已知 1 u1.6610 27 kg， 1 u 相当于相当于 931.5 MeV， 则则() A反应过程中的质量亏损是
18、反应过程中的质量亏损是m0.007 8 u B反应过程中的质量亏损是反应过程中的质量亏损是m1.294 810 29 kg C反应过程中放出的能量约为反应过程中放出的能量约为 7.266 MeV D反应过程中放出的能量约为反应过程中放出的能量约为 1.1610 19 J ABC其反应方程是其反应方程是 342He126C。其质量亏损为。其质量亏损为m(34.002 612.000 0)u 0.007 8 u，A 正确正确；m0.007 81.6610 27 kg1.294 810 29 kg，B 正确正确；E0.007 8931.5 MeV7.266 MeV，C 正确正确；E7.2661061
19、.610 19 J1.1610 12 J，D 错误错误。 11 (多选多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组我国秦山核电站第三期工程中有两组 60 万千瓦的发电机组万千瓦的发电机组， 发电站的核发电站的核 能来源于能来源于 235 92U 的裂变的裂变，下列说法正确的是下列说法正确的是() A23592U 原子核中有原子核中有 92 个质子个质子，143 个中子个中子 B 235 92U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核， 反应方程为反应方程为 235 92U10n13954Xe 9538Sr210n C 235 92U 是天然放射性元素是天然放
20、射性元素，常温下它的半衰期约为常温下它的半衰期约为 45 亿年亿年，升高温度半衰期缩短升高温度半衰期缩短 D一个一个 235 92U 裂变能放出裂变能放出 200 MeV 的能量的能量，合合 3.210 11 J ABD由由 235 92U 的质量数和电荷数关系易知的质量数和电荷数关系易知 A 正确正确；由核反应方程中电荷数守恒和由核反应方程中电荷数守恒和 质量数守恒知质量数守恒知 B 正确正确；半衰期不受外界因素干扰半衰期不受外界因素干扰，只与核本身有关只与核本身有关，C 错误错误；因为因为 200 MeV2001061.610 19 J3.210 11 J，D 正确。正确。 12一个静止的
21、钚核一个静止的钚核 239 94Pu 自发衰变成为一个铀核自发衰变成为一个铀核 235 92U 和另一个原子核和另一个原子核 X，并释放并释放 出一定的能量出一定的能量，其核衰变方程为：其核衰变方程为：23994Pu23592UX。 (1)方程中的方程中的“X”是什么？是什么？ (2)钚核的质量为钚核的质量为 239.052 2 u，铀核的质量为铀核的质量为 235.043 9 u，X 核的质量为核的质量为 4.002 6 u， 已知已知 1 u 相当于相当于 931 MeV，则：则： 该衰变过程放出的能量是多少该衰变过程放出的能量是多少 MeV? 假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和假设
22、钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和 X 核的动能核的动能，则则 X 核的动能约为核的动能约为 多少多少 MeV? 解析解析(1)根据质量数和电荷数守恒可知根据质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数为的质量数为 4， ，电荷数为电荷数为 2，为为 4 2He。 (2)该衰变过程放出的能量该衰变过程放出的能量Em1(m2m3)c2 239.0522(235.0439 4.0026)931 MeV5.31 MeV。由由 Ek p2 2m可得 可得，Ek铀 铀： ：EkXmXm 铀铀 4235，则则 EkX5.31235 239 MeV5.22 MeV。 答案答案见解析见解析 13用中子轰击铀核用中子
23、轰击铀核(23592U)，其中一个可能的反应是分裂成钡其中一个可能的反应是分裂成钡(14156Ba)和氪和氪(9236Kr)两部两部 分分，放出放出 3 个中子个中子。各个核和中子的质量如下：各个核和中子的质量如下： mU390.313 910 27 kg，mn1.674 910 27 kg， mBa234.001 610 27 kg，mKr152.604 710 27 kg， 试写出核反应方程试写出核反应方程，算出反应中释放的核能算出反应中释放的核能。 解析解析此铀核裂变方程为此铀核裂变方程为 1 0n23592U14156Ba9236Kr310n， 则核反应前后的质量亏损为则核反应前后的质量亏损为 mmUmnmBamKr3mn0.357 810 27 kg， 由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为 Emc20.357 810 27(2.997 9108)2 J3.215 710 11 J。 答案答案 1 0n23592U14156Ba9236Kr310n 3.215 710 11 J
