人教版高中物理选择性必修三 同步精讲精练专题5.4 核裂变与核聚变（解析版）.docx

专题5.4核裂变与核聚变

【人教版】

TOC\o1-3\t正文,1\h

【题型1裂变能的计算】

【题型2核反应堆】

【题型3聚变能的计算】

【题型4可控热核反应】

【题型5原子弹、氢弹】

【题型6核反应分类】

【题型7联系实际】

【题型8综合问题】

【题型1裂变能的计算】

【例1】（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重核发生裂变反应，释放出大量核能。已知核反应方程式是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中的相对原子质量是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n，a=3

B．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）消耗的质量约为3.4t

【答案】AD

【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可判断，X是n，a=235+1-141-92=3，A正确；核反应会产生中子流，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；则反应堆每年提供的能量为①核发电站一年提供的电能为②另外③联立①②③可得：，D正确；故选AD。

【变式1-1】中国物理学家钱三强与何泽慧等合作，在利用中子打击铀的实验中，观察到三分裂变和四分裂变现象，如图，其中一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n。用分别表示U、Ba、Kr核的质量，表示n粒子的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是（）

A．链式反应能否发生跟铀原料的体积无关

B．裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能

C．该核反应过程中质量有所增加

D．该核反应中放出的核能为

【答案】B

【解析】链式反应能否发生跟铀原料的临界体积有关，故A错误；裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能，从而产生质量亏损，放出能量，故B正确；该核反应过程中质量由亏损，故C错误；该核反应中放出的核能为，故D错误。故选B。

【变式1-2】2021年4月，福清核电厂5号机组正式授牌，这标志着我国核能发电装机容量突破5000万千瓦。核反应方程是反应堆中发生的许多反应中的一种，、、、分别表示、、和中子的质量，光速为c。

（1）求上述反应中一个U核裂变释放的核能；

（2）若核能转化为电能的效率为50%，假设反应堆中裂变全是上述核反应，已知每次核反应中放出的核能，U核的质量约为，估算目前我国核电站平均每天最多消耗的纯净铀的质量（结果保留两位有效数字）。

【答案】（1）；（2）

【解析】

（1）质量亏损

释放的核能

（2）目前每天的核电能量为

则每天消耗的核能为

则每天的核反应的U核个数

每天消耗的纯净铀质量为

【变式1-3】在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，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eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n―→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，eq\o\al(1,0)n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X是什么？a为多少？以mU、mBa、mKr分别表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的质量，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是多少？

(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW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放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的质量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的质量．

解：(1)由反应方程可知X为eq\o\al(1,0)n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.

(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗eq\o\al(235,92)U的功率为P′＝eq\f(P,40%)＝eq\f(106,40%)kW＝2.5