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（原卷版）.docx

专题5.4核裂变与核聚变

【人教版】

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【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

【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

【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）。

【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．

【题型2核反应堆】

【例2】2021年12月6日，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电5号机组首个燃料循环结束，开始首次换料大修。如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列说法正确的是（）

A．镉棒通过改变中子的数量来控制反应速度

B．中子速度越快越容易使链式反应发生

C．正常运行的反应堆水泥防护层外会检测到大量α粒子

D．铀核裂变时释放能量的多少与产物种类无关

【变式2-1】秦山核电站是我国第一座核电站，其三期工程采用重水反应堆技术，利用中子(eq\o\al(1,0)n)与静止氘核(eq\o\al(2,1)H)的多次碰撞，使中子减速。已知中子某次碰撞前的动能为E，碰撞可视为弹性正碰。经过该次碰撞后，中子损失的动能为()

A.eq\f(1,9)E B.eq\f(8,9)E

C.eq\f(1,3)E D.eq\f(2,3)E

【变式2-2】轴核裂变是核电站获得核能的主要途径，其一种裂变反应式是。下列说法正确的是（）

A．反应式可化简为

B．原子核的比结合能小于原子核的比结合能

C．铀块体积对链式反应的发生有影响

D．在裂变过程中没有质量亏损

【变式2-3】2020年1