物理自主訓(xùn)練第十九章核裂變

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精自主廣場我夯基我達(dá)標(biāo)1.原子反應(yīng)堆是實現(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（)A。原子燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B。原子燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C。原子燃料、減速劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)D.原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)思路解析：通過學(xué)習(xí)，我們知道核反應(yīng)堆的構(gòu)成分四部分:原子燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。答案：A2。已知在鈾235裂變成鋇和氪的過程中，質(zhì)量虧損Δm=0。2153u，則反應(yīng)中平均每個核子釋放的能量為多少？思路解析：鈾核裂變?yōu)椴煌漠a(chǎn)物時，每個核子釋放的能量不同，一般來說平均每個核子釋放的能量約為1MeV.由愛因斯坦質(zhì)能方程,可求得鈾核裂變時放出的能量:ΔE=Δmc2=0.2153×931。5MeV=201MeV鈾核中含有235個核子，所以平均每個核子釋放的能量為MeV=0。86MeV.答案：0。86MeV3。受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生和,同時放出200MeV的能量。現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電功率是5×105kW的核電站，由鈾235作為原子鍋爐的燃料.假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需純鈾235的質(zhì)量為多大？（阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023個/mol）思路解析：鈾235釋放的能量等于一天發(fā)電的電能，計算出發(fā)電功率為5×105kW的發(fā)電站一天發(fā)出的電能,也就是一天所需要的235釋放的核能，進(jìn)而求得鈾235的質(zhì)量.先根據(jù)發(fā)電功率計算出每天應(yīng)發(fā)電能的總量為：E=24×3.6×103×P=4。32×1013J,要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目為：n==1。35×1024個,則對應(yīng)的質(zhì)量為m=×235×10-3kg=0.527kg.答案：0。527kg4。裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，俘獲一個慢中子后發(fā)生裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種方式可表示為：235.04391。0087138。917893.9154反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核靜止時的質(zhì)量(以原子核質(zhì)量u為單位），已知1u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9。3×102MeV,求放出的能量。思路解析：裂變前后的質(zhì)量虧損是：Δm=(235。0439+1。0087-138。9178—3×1。0087)u，由質(zhì)量方程E=mc2有ΔE=Δmc2，即放出的能量ΔE=Δm×9.3×102MeV=1.8×102MeV.答案：1.8×102MeV5.在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導(dǎo)電液體時，由于不允許傳動的機械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，如圖19-圖19思路解析：電磁泵的原理是，當(dāng)電流流過液體時，液體即成為載流導(dǎo)體，在磁場中受到安培力作用，力的方向由左手定則判定,所以液體將沿v的方向流動.液體導(dǎo)電后可視為導(dǎo)體，從電磁泵原理圖中可抽象出通電導(dǎo)體在磁場中受力模型。以載流導(dǎo)體為對象,根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力（即液體受力)為F=BIh，由壓強公式得p=，由題知S=ωh,由上面的幾個關(guān)系得p=.答案：p=6.在所有能源中，核能具有能量密度大,地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢，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)，釋放出大量核能。(1）核反應(yīng)方程式是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種,為中子,X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為______________，a=____________.以mU、mBa、mKr分別表示、、核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE=_____________.(2）有一座發(fā)電能力為P=1。00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率μ=40％.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題（1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE=2。78×10-11J，核的質(zhì)量mU=390×10—27kg，求每年（1年=3.15×107s）消耗的的質(zhì)量。思路解析：（1）由反應(yīng)方程可知：X為,a為3，釋放的能量為ΔE=（mU-mBa-mKr—2mn）c2.（2）因電站發(fā)電效率為40％，故電站消耗235U的功率為P′==2。5×106kW，電站每年消耗235U的能量為W=Pt=2.5×109×3。15×107=7。875×1016J每年消耗的235U的質(zhì)量為M=kg=1105kg。答案：（1）3（mU-mBa—mKr—2mn）c2（2)1105kg7。一靜止的核轉(zhuǎn)變?yōu)楹藭r放出一個α粒子,已知232U、228Th和α粒子的原子量分別為M0、M1、M2，求放出的α粒子的初動能.思路解析：首先根據(jù)質(zhì)量關(guān)系，可計算出核反應(yīng)過程中釋放出的核能，設(shè)232U、228Th和He核的質(zhì)量分別為m0、m1、m2。則核反應(yīng)放出的能量為ΔE=（m0-m1-m2）c2,忽略電子的質(zhì)量,一個232U原子的質(zhì)量應(yīng)為=m0（N為阿伏加德羅常數(shù)）.同理=m1，=m2,即ΔE=；因為反應(yīng)前后總動量守恒，設(shè)反應(yīng)后228Th與He核的動量分別為p1、p2，則p1-p2=0.設(shè)228Th與He核的動能為Ek1、Ek2，則Ek1=,Ek2=，故α粒子的初動能為（M0-M1—M2）c2.答案:（M0-M1-M2）c2我綜合我發(fā)展8。某些放射性化學(xué)元素在一定條件下發(fā)生衰變,產(chǎn)生一個新核以及一個質(zhì)量較小的粒子，同時放出能量，當(dāng)一個鐳（226Ra)發(fā)生衰變時,產(chǎn)生了一個α粒子以及一個氡（222Rn)的核,過程如下:若已知衰變時釋放的能量(即粒子與核的動能之和）為4。87MeV，求α粒子的動能.思路解析:設(shè)鐳衰變前是靜止的，系統(tǒng)動量為零，由動量守恒定律得mαvα=mRnvRn(其中vα和vRn是α粒子與氡核的速度）。將上式轉(zhuǎn)變?yōu)榧矗布磎αEkα=mRnEkRn（其中Ekα和EkRn是α粒子、氡核的動能）.同時，由題意知Ekα+EkRn=4。87MeV，所以可得Ekα=MeV=4.78MeV。答案：4。78MeV9.1999年10月日本的一家核電站發(fā)生了核泄露事件，對附近的環(huán)境造成了很大的危害.核泄露直接導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，其產(chǎn)生的射線具有非常大的危害性，能夠使動植物體內(nèi)的細(xì)胞發(fā)生癌變,致使生物死亡。根據(jù)以上材料回答以下問題:核電站的發(fā)電原理是通過核裂變產(chǎn)生巨大的能量，完成下面鈾核裂變可能的一個反應(yīng)方程+____________，并計算1kg鈾核裂變放出的能量是____________kJ？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，235U、141Ba、92Kr和中子的質(zhì)量分別為235。0493u，140.9139u,91.8973u，1。0087u，1u=1.66×10-27kg)。思路解析:3;一個鈾原子核裂變放出的核能ΔE=Δmc2=(235。0493u—140.9139u—91。8973u—2×1。0087u）c2=3。3×10-11J。1kg鈾核裂變放出能量E=ΔE··NA=3.3×10—11××6.02×1023J=8.5×1013J=8.5×1010kJ答案:38.5×101010。在原子反應(yīng)堆中，用石墨（碳)作減速劑使快中子變成慢中子，已知碳核的質(zhì)量是中子質(zhì)量的12倍。假設(shè)中子與碳核的碰撞是彈性的（即碰撞中不損失動能），而且碰撞前碳核是靜止的,試求：（1）設(shè)碰撞前中子的動能為E0，經(jīng)過一次碰撞后,中子的動能損失；（2)至少經(jīng)過多少次碰撞，中子的動能才能小于10-6E0(lg13=1.114，lg11=1。041）？思路解析：（1)設(shè)中子的質(zhì)量為m，速度為v0，碳核的質(zhì)量為m′,碰撞前、后的速度分別為v1、v，mv0=mv1+m′v①②由①②解得v1=.碰撞一次，中子的動能損失ΔE=.（2）中子與碳核第一次碰撞后剩余的動能E1=同理，經(jīng)第二次碰撞后,中子剩余的動能為E2=……第n次碰撞后,中子剩余的動能為En==10—6E0兩邊取對數(shù)得2n(lg11—lg13）=—6，2n(1。041-1。114）=-6，解得n=41.4因此至少要碰撞42次，中子的動能才能小于10—6E0.答案：（1）(2)42次11。一個鈾235核俘獲一個速度為1.00×104m/s的中子后，裂變?yōu)閮蓚€新核，同時放出兩個中子。其中一個中子的速度為8.69×106m/s,方向與原中子的方向相同；另一個中子的速度為8。68×思路解析:在核裂變過程中遵循動量守恒定律。由題意可知被俘獲的中子的動量與裂變時釋放出的兩個中子的總動量相等，故兩個新核的總動量為零，也即兩個新核的動量大小相等、方向相反。由于洛倫茲力提供向心力，可知新核在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑:R=.由于兩個新核的動量大小相等,進(jìn)入的是同一勻強磁場，故mv、B均相同,得它們的半徑之比等于它們電荷量的反比。由題意可寫出裂變方程:由質(zhì)量數(shù)守恒可解得新核X的質(zhì)量數(shù)A=235+1-95—2×1=139.由電荷數(shù)守恒可得新核X的電荷數(shù)Z=92-38=54.故兩個新核在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑之比為:R1∶R2=54∶38=27∶19。新核在磁場中做勻速圓周運動的周期：T=把半徑R代入得：T=可見，兩個新核做勻速圓周運動的周期之比與它們的質(zhì)量成正比，與它們的電荷量成反比，即。答案：兩新核做勻速圓周運動的半徑之比為27∶19，周期之比為135∶139.12。蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站曾發(fā)生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影響，在