（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第六節(jié) 核裂變學(xué)案 新人教版選修3-5

《（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第六節(jié) 核裂變學(xué)案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第六節(jié) 核裂變學(xué)案 新人教版選修3-5（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第六節(jié)　核裂變 　學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) ※ 知道什么是裂變 ※ 了解鈾核的裂變特點(diǎn) ※ 知道重核裂變能放出能量，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng) ※ 了解核電站的工作原理 　知 識(shí) 導(dǎo) 圖 知識(shí)點(diǎn)1　重核的裂變 1．定義 使重核分裂成__中等質(zhì)量__的原子核的核反應(yīng)叫重核的裂變。 2．核反應(yīng)類型 重核的裂變只發(fā)生在__人為控制__的核反應(yīng)中，自然界不會(huì)自發(fā)的產(chǎn)生。 3．一種典型的鈾核裂變 U＋n―→Ba＋Kr＋__3n__。 知識(shí)點(diǎn)2　鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 1．定義 重核裂變產(chǎn)生的__中子__使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 2．條件 發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于

2、__臨界體積__或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于__臨界質(zhì)量__。 知識(shí)點(diǎn)3　核電站 1．核電站的工作原理 核電站的核心是__核反應(yīng)堆__，其簡(jiǎn)化示意圖如圖所示。各部分作用如下： (1)核燃料：反應(yīng)堆使用濃縮鈾(鈾235占3%～4%)制成__鈾棒__作為核燃料，釋放_(tái)_核能__。 (2)減速劑：用__石墨、重水和普通水__，使裂變中產(chǎn)生的中子減速，以便被鈾235吸收。 (3)控制棒：由吸收中子能力很強(qiáng)的__鎘__制成，用以控制__反應(yīng)速度__。 (4)水泥防護(hù)層：反應(yīng)堆外層是很厚的__水泥壁__，可防止射線輻射出去。 (5)熱交換器：靠__水__和__液態(tài)金屬鈉__在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流

3、動(dòng)，把產(chǎn)生的熱量傳輸出去。 2．核電站與火電站相比有何優(yōu)缺點(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn)：①核電站消耗的燃料__很少__。 ②作為核燃料的鈾、釷等在地球上的可采儲(chǔ)量__很大__。 ③火電站燒煤要放出很多污染物，而核電站放出的污染物要__少得多__。 (2)缺點(diǎn)：①一旦核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的__核污染__。 ②核廢料處理__比較困難__。 預(yù)習(xí)反饋 『判一判』 (1)只要鈾塊的體積大于臨界體積，就可以發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(×) (2)中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(×) (3)重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小。(×) (4)核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)

4、速度。(√) (5)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無害。(×) 『選一選』 山東榮成石島灣核電站總裝機(jī)規(guī)模400萬(wàn)千瓦。核電站與火電站相比較，下列說法錯(cuò)誤的是(　B　) 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 解析：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錯(cuò)誤；在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下，C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

5、射性，要做特殊處理，D正確。 『想一想』 如圖為核裂變示意圖。 (1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎？ (2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？ 答案：(1)不是　(2)不能 解析：重核的裂變不能自發(fā)地進(jìn)行，只能發(fā)生在人工控制的核反應(yīng)中，只有達(dá)到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件時(shí)，才會(huì)發(fā)生重核的裂變。 探究一　重核的裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)　 S　1 1964年10月16日，中國(guó)第一顆原子彈在羅布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當(dāng)于1.8萬(wàn)噸TNT炸藥。爆炸時(shí)安放原子彈的鋼塔全部熔化，在半徑400m的范圍內(nèi)，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質(zhì)，半徑1600m范圍內(nèi)所有動(dòng)植物全部死亡 (1)巨大的

6、核能是從哪里來的？ (2)在利用重核裂變制成的原子彈中，需不需要用鎘制成的控制棒？ 提示：(1)鈾核的裂變 (2)不需要 G　 1．鈾核的裂變 (1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形式。 (2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2～3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。 (3)常見的裂變方程： ①U＋n―→Xe＋Sr＋2n ②U＋n―→Ba＋Kr＋3n 2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件 (1)要有足

7、夠濃度的235U (2)要有足夠數(shù)量的慢中子 (3)鈾塊的體積要大于臨界體積 3．裂變反應(yīng)的能量 鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫。 D　 典例1　關(guān)于重核裂變，下列說法正確的是(　D　) A．重核裂變成中等核要吸收能量 B．中子進(jìn)入鈾塊中時(shí)，一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C．重核裂變過程中質(zhì)量數(shù)減少 D．較重的核分裂成中等大小的核，核子的平均結(jié)合能會(huì)增加，可以釋放出核能 解題指導(dǎo)：―→―→ 解析：中等

8、大小的原子核的平均結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。如果使較重的核分裂成中等大小的核，核子的平均結(jié)合能會(huì)增加，可以釋放出能量。由此知A錯(cuò)誤，D正確；當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)鈾核的裂變后，放出中子，放出的中子如果能引起其他鈾核裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能進(jìn)行，B錯(cuò)誤；核反應(yīng)滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，C錯(cuò)誤。,　　 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1〕　(多選)(河北省邯鄲市2017～2018學(xué)年高三模擬)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其中一種裂變反應(yīng)式是U＋n→Ba＋Kr＋3n。下列說法正確的有(　AC　) A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出 B．鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響 C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制 D．鈾核的半衰期會(huì)受

9、到環(huán)境溫度的影響 解析：裂變反應(yīng)式中的n為中子，鈾塊只有體積大于臨界體積，才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，且鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可控的，A、C對(duì)B錯(cuò)；放射性元素的半衰期不受外界壓強(qiáng)、溫度的影響，D錯(cuò)。 探究二　核電站　 S　2 如圖所示為核電站工作流程示意圖 (1)核電站的核心設(shè)施是什么？ (2)核電站是如何實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的？ 提示：(1)核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆。 (2)通過熱交換器將核反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量輸送出來，推動(dòng)汽輪機(jī)工作。 G　 核反應(yīng)堆 原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工控制下進(jìn)行，使核能較平緩地釋放出來，這樣釋放的核能就可以為人類的和平建設(shè)服務(wù)，裂變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和工作原理如

10、下表所示： 組成部分 材料 作用 裂變材料(核燃料) 濃縮鈾(U) 提供核燃料 慢化劑(減速劑) 石墨、重水或普通水 使裂變產(chǎn)生的快速中子減速 控制棒 鎘 吸收減速后的中子，控制反應(yīng)速度 反射層 石墨 阻止中子逃逸 熱交換器 水 產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電 防護(hù)層 金屬套和鋼筋混凝土 防止射線對(duì)人體及其他生物體的侵害 特別提醒：在利用核反應(yīng)堆發(fā)電時(shí)，一定要注意安全防護(hù)，歷史上曾經(jīng)有過核電站泄漏事故。 D　 典例2　(多選)如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對(duì)核反應(yīng)堆的下列說法中正確的是(　BC　) A．鈾235容易吸收快中子發(fā)生裂變反應(yīng)

11、 B．快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng) C．控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些 D．若要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)快一些 解題指導(dǎo)：深入理解核反應(yīng)堆的工作原理，是處理該類問題的關(guān)鍵。 解析：根據(jù)鈾235的特點(diǎn)，它更容易吸收慢中子而發(fā)生裂變，A錯(cuò)誤；在反應(yīng)堆中減速劑的作用就是減少快中子能量從而更易讓鈾235吸收裂變，B正確；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的劇烈程度取決于裂變釋放出的中子總數(shù)，鎘控制棒可以吸收中子，因而可

12、以控制核反應(yīng)的快慢，即插入的深，吸收的多，反應(yīng)將變慢，反之將加快，C正確，D錯(cuò)誤。,　　 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2〕　原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要由四部分組成，它們是(　A　) A．原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng) B．原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng) C．原子燃料、慢化劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng) D．原子燃料、中子源、原子能存聚系統(tǒng)和輸送系統(tǒng) 解析：原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要由原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)四部分組成，故A正確。 核能的利用與計(jì)算 1．核能的應(yīng)用 原子彈殺傷力強(qiáng)大的原因是核能在極短時(shí)間內(nèi)

13、釋放出來。核電站是利用緩慢釋放的核能來發(fā)電，這是核能的和平利用。 2．核能的計(jì)算 (1)若以kg為質(zhì)量虧損Δm的單位，則計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式ΔE＝Δmc2 (2)若以原子單位“u”為質(zhì)量虧損單位，則ΔE＝Δm×931.5MeV (3)兩種方法計(jì)算的核能的單位分別為“J”和“MeV”，1MeV＝1×106×1.6×10－19J＝1.6×10－13J 案例　山東煙臺(tái)海陽(yáng)核電站項(xiàng)目，一期工程和2號(hào)常規(guī)島正在進(jìn)行設(shè)備安裝，一期工程規(guī)劃建設(shè)兩臺(tái)125萬(wàn)千瓦AP1000核電機(jī)組，預(yù)計(jì)2016年并網(wǎng)發(fā)電。如果鈾235在中子的轟擊下裂變?yōu)镾r和Xe，質(zhì)量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mS

14、r＝89.9077u，mXe＝135.9072u。 (1)寫出裂變方程； (2)求出一個(gè)鈾核裂變放出的能量； (3)若鈾礦石的濃度為3%，一期工程建成后，一年將消耗多少噸鈾礦石？ 解析：(2)裂變過程的質(zhì)量虧損Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507u 釋放的能量ΔE＝Δmc2＝0.1507×931MeV≈140.3MeV (3)核電站一年的發(fā)電量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60J＝7.884×1016J 由E＝NΔE＝NAΔE，得m＝＝g≈4.57×107g＝45.7t 答案：(1)U＋n―→Sr＋Xe＋10n　(2)140.3MeV

15、　(3)45.7t 1．(安徽省池州市2018屆高三上學(xué)期期末)前不久，新華社評(píng)出2017年國(guó)際十大新聞：朝鮮核導(dǎo)試驗(yàn)半島局勢(shì)趨緊列第五。有關(guān)核反應(yīng)方程，下列說法正確的是(　A　) A．U→Th＋He屬于α衰變 B．N＋He→O＋H是β衰變 C． 核反應(yīng)方程Po→X＋He中的y＝206，X的中子個(gè)數(shù)為128 D． 鈾核裂變的核反應(yīng)為U→Ba＋Kr＋2n 解析：α衰變是重核自發(fā)的放出α粒子的天然放射現(xiàn)象，其中α粒子是He，故A正確；N＋He→O＋H是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的原子核人工轉(zhuǎn)變，故B錯(cuò)誤；X的中子個(gè)數(shù)為206－82＝124，故C錯(cuò)誤；鈾核裂變屬于重核裂變，不能自發(fā)進(jìn)行，故D錯(cuò)誤。

16、2．(湖南永州2016～2017學(xué)年高三二模)在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)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)，釋放出大量的核能。其中用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變是核反應(yīng)堆中最常見的反應(yīng)，請(qǐng)完成此核反應(yīng)方程U＋n―→Ba＋Kr＋__3n__；在此核反應(yīng)中，分別用mn和mp表示中子和質(zhì)子的質(zhì)量，用mU、mBa、mKr表示U、Ba、Kr的質(zhì)量，用c表示真空中的光速，該反應(yīng)過程中釋放的核能為__(mU－mBa－mKr－2mn)c2__。 解析：核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒；質(zhì)量虧損等于核反應(yīng)過程中，反應(yīng)前的質(zhì)量減反應(yīng)

17、后的質(zhì)量，然后由質(zhì)能方程求解核能。 3．(山東日照市2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期調(diào)研)2015年9月3日，是我國(guó)紀(jì)念抗日戰(zhàn)爭(zhēng)和世界反法西斯戰(zhàn)爭(zhēng)勝利70周年。1945年7月，為了加速日本軍國(guó)主義的滅亡，促使日本早日無條件投降，美國(guó)在日本的廣島、長(zhǎng)崎投下了兩枚原子彈。落在日本廣島的原子彈，其爆炸力相當(dāng)于2×104t TNT爆炸的能量(約8.4×1013J)，由此可知該原子彈中鈾235的質(zhì)量是多少千克？(已知裂變的核反應(yīng)方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201 MeV，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023) 答案：1.02kg 解析：由核反應(yīng)方程知，一個(gè)鈾核裂變能放出201MeV的能量，1m

18、ol鈾核裂變放出的能量為ΔE1＝6.02×1023×201MeV＝1.936×1013J,1mol鈾核的質(zhì)量為0.235kg，則原子彈中鈾核的質(zhì)量為m＝×0.235kg＝×0.235kg＝1.02kg。 基礎(chǔ)夯實(shí) 一、選擇題(1～4題為單選題，5、6題為多選題) 1.U吸收一個(gè)慢中子后，分裂成Xe和Sr，還放出(　C　) A．1個(gè)α粒子　　　　　 B．3個(gè)中子 C．10個(gè)中子 D．10個(gè)質(zhì)子 解析：設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。由題意可知 　則 由此判定該核反應(yīng)放出的一定是中子，且個(gè)數(shù)是10，C選項(xiàng)正確。 2．中國(guó)承諾

19、到2020年碳排放量下降40%～45%。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)任大國(guó)的承諾，我國(guó)將新建核電站項(xiàng)目。目前關(guān)于核電站獲取核能的基本核反應(yīng)方程可能是(　A　) A．U＋n―→Sr＋Xe＋10n B．Na―→Mg＋e C．N＋He―→O＋H D．U―→Th＋He 解析：重核的裂變是指質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，A是裂變反應(yīng)，A正確；B為β衰變，C是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的反應(yīng)，D是α衰變。 3．1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是(　D　) A．這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是U＋n―→Ba＋Kr＋n B．這是一個(gè)核

20、裂變過程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和 C．這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程來計(jì)算 D．實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng) 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，選項(xiàng)A不正確；鈾核裂變過程中產(chǎn)生γ射線，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算，選項(xiàng)B、C不正確；核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線，穿透能力極強(qiáng)，是能量極高的光子，選項(xiàng)D正確。 4．在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是(　C　) 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，改變鎘棒插入的深度，以改變參與反應(yīng)的中

21、子數(shù) D．利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度 解析：在核反應(yīng)中，使用的濃縮鈾達(dá)到臨界條件才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；在反應(yīng)中石墨作為“慢化劑”使快中子減速為慢中子，使鈾核能進(jìn)一步反應(yīng)，故它們都不是用來控制核反應(yīng)速度的方法，A、B、D錯(cuò)誤。調(diào)節(jié)中子數(shù)目是控制反應(yīng)速度的方法，鎘棒具有很強(qiáng)的吸收中子的能力，C正確。 5．(重慶一中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)下列說法正確的是(　AC　) A．盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應(yīng)方程為He＋N→O＋H B．鈾核裂變的核反應(yīng)是U→Ba＋Kr＋2n C．已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么，2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，

22、釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2 D．鈾(U)經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有4個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子 解析：根據(jù)物理學(xué)史知選項(xiàng)A正確；鈾核裂變必須吸收慢中子，B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，知C正確；U→Pb＋8He＋6e，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變或原子，故D錯(cuò)誤。 6．關(guān)于原子核反應(yīng)堆，下列說法正確的是(　ABD　) A．鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能 B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率 C．石墨的作用是吸收中子 D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能 解析：鈾棒是核燃料，裂變時(shí)可放出能量，A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反

23、應(yīng)堆功率，B正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，C錯(cuò)誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，D正確。 二、非選擇題 7．一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放出196MeV的能量，則1kg鈾235完全裂變時(shí)所放出的能量為多少？它相當(dāng)于多少噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)放出的能量。(煤的熱值為3.36×106J/kg) 答案：8.03×1013J　2.39×104t 解析：根據(jù)一個(gè)鈾235原子核裂變后釋放的能量為ΔE＝196MeV。 1kg鈾235中含原子核的個(gè)數(shù)為 N＝NA＝×6.02

24、×1023≈2.56×1024 則1kg鈾235原子核發(fā)生裂變時(shí)釋放的總能量 ΔEN＝NΔE＝2.56×1024×196MeV≈5.02×1026MeV＝8.03×1013J； 令q＝3.36×106J/kg為煤的熱值，設(shè)m為煤的質(zhì)量， 則有ΔEN＝qm， 所以m＝＝kg＝2.39×107kg＝2.39×104t。 能力提升 一、選擇題(1～2題為單選題，3、4題為多選題) 1．關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是(　D　) A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量 B．中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子

25、數(shù)要減小 D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能 解析：根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。其釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積，如果體積小，中子從鈾塊中穿過時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減小的，如U裂變?yōu)镾r和Xe的核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為 U＋n―→Sr＋Xe＋10n， 其中各粒子質(zhì)量分別為 mU＝235.0439u，mn＝1.00867u， m

26、Sr＝89.9077u，mXe＝135.9072u， 質(zhì)量虧損為 Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.1510u 可見鈾裂變的質(zhì)量虧損是遠(yuǎn)小于一個(gè)核子的質(zhì)量的，核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此選項(xiàng)A、B、C均錯(cuò)。重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，由于核子平均質(zhì)量小，會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能。 綜上所述，選項(xiàng)D正確。 2．我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于U的裂變，現(xiàn)有四種說法： ①U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子； ②U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為U＋n→Xe＋Sr＋2n； ③U是天然放射性元素，常

27、溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短； ④一個(gè)U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J。 以個(gè)說法中完全正確的是(　D　) A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 解析：由U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知①正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知②正確；半衰期不受外界因素干擾，故③錯(cuò)誤；通過計(jì)算知④正確，故答案為D。 3．下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個(gè)：U＋n―→Xe＋Sr＋10n 已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，鍶90的質(zhì)量為89.9077 u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，則此核反應(yīng)中(　BD　) A．質(zhì)

28、量虧損為Δm＝235.0439u＋1.0087u－89.9077 u－135.9072u B．質(zhì)量虧損為Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)u C．釋放的總能量為ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×(3×108)2J D．釋放的總能量為ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×931.5MeV 解析：計(jì)算虧損質(zhì)量時(shí)要用反應(yīng)前的總質(zhì)量減去反應(yīng)后的總質(zhì)量，二者之差可用“u”或“kg”作單位，故A錯(cuò)誤，B正確；質(zhì)量單位為“

29、u”時(shí)，可直接用“1u的虧損放出能量931.5MeV”計(jì)算總能量，故D正確，當(dāng)質(zhì)量單位為“kg”時(shí)直接乘以(3.0×108)2，總能量單位才是焦耳，故C錯(cuò)誤。 4．2011年3月由9.0級(jí)地震引發(fā)的海嘯摧毀了日本福島第一核電站的冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)致大量I泄露在大氣中，I是一種放射性物質(zhì)，會(huì)發(fā)生β衰變而變成Xe元素。下列說法中正確的是(　BC　) A．福島第一核電站是利用原子核衰變時(shí)釋放的核能來發(fā)電 B．I發(fā)生β衰變的方程式為I→Xe＋e C．I原子核內(nèi)有53個(gè)質(zhì)子，78個(gè)中子 D．如果將碘131的溫度降低到0度以下，可以延緩其衰變速度 解析：核電站是利用核裂變來發(fā)電，A錯(cuò)；根據(jù)原子核的結(jié)

30、構(gòu)和方程式書寫規(guī)則可判BC正確；衰變與物質(zhì)所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，D錯(cuò)。 二、非選擇題 5．(湖北省部分重點(diǎn)中學(xué)2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)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)，釋放出大量的核能。 (1)核反應(yīng)方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，則a的值為多少，X表示哪一種核？ (2)有一座核能發(fā)電站，發(fā)電能力P＝1×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝45%，設(shè)反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，鈾核的質(zhì)量mU＝3.9×10－25kg，求每年需要消耗的鈾的質(zhì)量。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 答案：(1)3　中子　(2)0.98t 解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可得： X的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，X為中子，a＝3。 (2)該核能發(fā)電站一年發(fā)出的電能為：W1＝Pt＝1×109×365×24×3600J＝3.1536×1016J 需要核反應(yīng)產(chǎn)生的能量為：W＝＝7.008×1016J 這么多核能需要燃燒的鈾核質(zhì)量為m＝ 代入數(shù)據(jù)，解得：m＝980kg＝0.98t 13