高三物理一轮复习作业(94)核能质量亏损裂变与聚变

-1-高三物理一轮复习作业（94）（核能质量亏损裂变与聚变）班级_____________学号_____________姓名_____________一、【知识要求】1．在自然界中，存在着四种相互作用其中______________、______________是长程力；____________、____________是短程力。2．核力的特点：从作用距离上来看，它是一个短程力，作用范围在____________m，在这个范围内，大于____________表现引力，小于____________表现斥力。在它的作用范围内，核力比库仑力大得多。核力只能作用在相邻核子之间，相邻的质子与质子、中子与中子、质子与中子是否均存在这种相互作用？____________。3．弱相互作用力是引起中子、质子转变的原因，它也是一个短程力，它的作用范围在____________范围内，作用强度比电磁力要小。4．在自然界中，较轻的原子核，质子数与中子数______________；较重的原子核，中子数____________质子数．5．将原子核拆成单个的核子是____________选填“吸收”或“放出”）能量，将这个能量称之为____________。将这个能与核子数的比值称之为____________。比结合能越大，表示原子核越____________，原子核中平均每个核子的质量亏损越____________，原子核中平均每个核子的质量越__________。6．铀核在被中子击中后分裂成两个质量差不多的中等质量原子核，这种核反应称之为____________。决定铀核能否发生链式反应的重要因素是___________________________。7．核电站原子核反应堆由____________、____________、____________、____________四部分构成，其作用分别为________________________________________________。8．要使轻核聚，核间距离要接近____________m、环境温度达到____________K，所以聚变又称____________反应。9．聚变与裂变相对的三个优点：①________________________________；②____________________________________；③____________________________________。10．解决受控热核反应的两种方案________________________、________________________。二、【例题】1．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法正确的是（）A．核反应方程是：HnH311011B．核变反应中的质量亏损△m=m1+m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E=(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长2321)(cmmmh（2）一个中子轰击铀核(23592U)可裂变生成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)．已知23592U、14156Ba、9236Kr和中子的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u和1.0087u．①写出铀裂变反应方程；②计算一个23592U裂变时放出的能量．-2-2．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104m/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1.0×103m/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；(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mD=2.014102u，氚核质量为mT=3.016050u，氦核的质量mHe=4.002603u，中子质量mn=1.008665u，1u=1.6606×10－27kg)3．（1）下列说法正确的是（）A．康普顿效应和电子的衍射现象说明粒子的波动性B．α粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径C．氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子的运动加速度减小D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定（2）一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应方程：γ→____________．已知电子质量me=9.10×10－31kg，光在真空中的传播速度为光速c=3.00×108m/s，则γ光子的能量至少为____________J．(3)一质量为M的航天器远离太阳和行星，正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出质量为m的气体，气体向后喷出的速度大小为v1，求加速后航天器的速度大小．(v0、v1均为相对同一参考系的速度)4．(1)判断以下说法的正误，在相应的括号内打“√”或“×”A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应()B．光电效应现象表明光具有波动性()C．贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象()D．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹()E．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说()F．氢原子的能级图如图所示，欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是13.60eV()(2)某些建筑材料可产生放射性气体氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并大量放出射线，从而危害人体健康．原来静止的一个质量为M的氡核(22286Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)．已知衰变后的α粒子的质量为m、电荷量为q、速度为v，并假设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能．(涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)①写出衰变方程；②衰变过程中的质量亏损．*5．一个运动的α粒子撞击一个静止的14N核，它们暂时形成一个复合核，随即复合核迅速转化成一个质子和另一个原子核．已知复合核发生转化需要能量1.19MeV．那么要想发生上述核反应，入射的α粒子的动能至少要多大?-3-三、【作业】1．下列有关核力的说法中错误的是（）A．核力只存在于质子与质子之间和中子与中子之间B．原子核内每个核子只跟邻近的核子发生核力作用C．核力对核子做正功，原子核一定要释放核能D．原子核内核子间的核力一定是强相互引力2．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种途径，下列关于它们的说法中正确的是（）A．裂变和聚变过程中都有质量亏损B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中有质量增加C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D．裂变和聚变过程中质量都增加3．下列有关结合能的说法中正确的是（）A．结合能是由核子结合成的原子核所具有的能量B．结合能是把原子核分解为核子所需要的能量C．原子核越大，它的结合能越高，原子核就越稳定D．中等大小的原子核比结合能最大，它们也最稳定4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中，正确的是()A．E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据△E=△mc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能5．下列说法中正确的是（）6．一个电子(质量为m、电荷量为－e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e)经电场加速后以相等的动能Ek相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子．设产生光子的频率为ν，若这两个光子的能量都是hν，动量分别为p和p’，下列关系式中正确的是（）7．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量．氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应的方法发电．若已知氘核的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子的质量为1.00783u，中子的质量为1.008665-4-u，1U相当于931.5MeV，则下列说法正确的是()A．氘和氦3的核聚变反应方程式：H+He→He+X，其中X是中子B．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeVC．一束太阳光相继通过两个偏振片，若以光束为轴旋转其中一个偏振片，则透射光的强度发生变化D．通过对月光进行光谱分析，可知月球上存在氦3元素8．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U为燃料的反应堆中，当其俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为23592U+10n—→13954Xe+9438Sr+310n235.04391.0087138.917893.91541.0087反应方程式下的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位．)已知1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，求此裂变反应释放出的能量是多少兆电子伏．9．2006年，我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈人可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是：nHeHH10423121，反应原料氘(H21)富存于海水中，而氚(H31)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(Li63)的人工核转变得到．则(1)请把下列用中子轰击锂核(Li63)产生一个氚核(H31)和一个新核的人工核转变方程填写完整；(2)在(1)中，每生产1g的氚同时有多少个Li63核实现了核转变?(阿伏加德罗常数N取6.0×1023mol)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13J，求该核聚变过程中的质量亏损．10．(1)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现光子除了有能量之外还有动量，其实验装置如图所示，被电子散射的X光子与入射的X光子相比（）A．速度减小B．频率减小C．波长减小D．能量减小（2）第一代实用核反应堆以铀235为裂变燃料，而在天然铀中占99%的铀238却不能利用，为了解决这个问题，科学家们研究出快中子增殖反应堆，使铀238变成高效核燃料．在反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239(23992U)很不稳定，经过________次β衰变后变成钚239(23994Pu)，处于激发态的钚239放出γ射线后，其原子序数将___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）