2023版新教材高中物理第五章原子核微点12核裂变放出能量的计算课时作业新人教版选择性必修第三册

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微点12　核裂变放出能量的计算　1．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n―→Xe＋ eq \o\al(\s\up1(90),\s\do1(38)) Sr＋10 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于(　　)A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c22．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)(　　)A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD．eq \f(NA,235)×196MeV3．[2023·重庆高二校联考期末]铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为U―→Th＋X，裂变方程为U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n―→Y＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36)) Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n，其中U、 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n、Y、 eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36)) Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c、下列叙述正确的是(　　)A．U发生的是β衰变B．Y原子核中含有56个中子C．若提高温度，U的半衰期将会变小D．一个U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c24．(多选)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铀核发生裂变反应，释放出大量核能．已知核反应方程式U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n―→Ba＋ eq \o\al(\s\up1(92),\s\do1(36)) Kr＋aX是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中U的相对原子质量是235.0439u(单位原子质量1u＝1.66×10－27kg)，每次该核反应释放出的核能为173.8MeV.现有一座核电站发电能力为3.6×106kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是(　　)A．X是 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n，a＝3B．为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流C．该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当D．该核电站每年(1年按3×107s计算)消耗的铀核质量约为3.4t5.已知U(质量为235.0439u)裂变后生成Ba(质量为140.9139u)和 eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36)) Kr(质量为91.8973u)，同时放出3个中子(每个中子质量为1.0087u)则1kg铀235全部裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量？(1kg优质煤完全燃烧时能产生3.36×107J的热量，1u相当于931.5MeV的能量，元电荷e＝1.6×10－19C，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1)微点12　核裂变放出能量的计算1．答案：C解析：铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得E＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.A、B、D错误，C正确．2．答案：D解析：由于1mol的铀核质量为235g，1g铀235的物质的量为eq \f(1,235)mol，因此1g纯U235完全发生核反应时释放的能量E＝eq \f(NA,235)×196MeV，D正确．3．答案：D解析：根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，知X的质量数和电荷数分别为nm＝238－234＝4，nq＝92－90＝2，为氦原子核，所以 eq \o\al(\s\up1(238),\s\do1(92)) U发生的是α衰变，故A错误；Y的质量数和电荷数分别为A＝235＋1－89－3＝144，Z＝92－36＝56，由原子核的组成特点可知，Y原子核中含有56个质子，中子数为144－56＝88，故B错误；半衰期与温度、压强等外界因素无关，故C错误；由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故D正确．4．答案：AD解析：据电荷数守恒知X是 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n，据质量数守恒知a＝235＋1－141－92＝3，A正确；核反应过程中产生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，B错误；氢原子光谱波长最短的光子能量为13.6eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8MeV，两者不相等，C错误；此核电站一年产生的电能为E电＝Pt，设质量为M的铀核提供的能量为E总＝eq \f(M,mU)ΔE，又知E电＝ηE总，可得M≈3.4×103kg＝3.4t，D正确．故选AD.5．答案：2.45×106kg解析：核反应方程为 eq \o\al(\s\up1(235),\s\do1(92)) U＋ eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n eq \o\al(\s\up1(144),\s\do1(56)) Ba＋ eq \o\al(\s\up1(89),\s\do1(36)) Kr＋3 eq \o\al(\s\up1(1),\s\do1(0)) n，质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mKr＋3mn)＝(235.0439＋1.0087) u－(140.9139＋91.8973＋3×1.0087) u＝0.2153u，释放的核能为ΔE0＝0.2153×931.5MeV≈201MeV，已知235g铀235有6.02×1023个铀235核，那么1kg铀235内有eq \f(1,0.235)×6.02×1023≈2.56×1024个铀235核，由此可知1kg铀235全部核裂变放出的能量为ΔE＝2.56×1024×201MeV≈5.15×1026MeV＝5.15×1032eV＝8.24×1013J，则相当于完全燃烧的优质煤的质量为M＝eq \f(8.24×1013,3.36×107)kg≈2.45×106kg.