1、4.6 核能利用 每课一练（粤教版选修3-5）基础达标1.原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成（ ）A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B.原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C.原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统D.原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统解析：通过学习，我们知道核反应堆的构成分四部分：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统.答案：A2.关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是( )A.它们都是利用核聚变释放原子能的B.它们都是利用核裂变释放原子能的C.两者的核燃料都是纯铀235D.一座是利用核裂变释放原子能，一座
2、是利用核聚变释放原子能解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，还没有实现可控热核反应，故答案为B项.答案：B3.我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于的裂变，现有4种说法，以上说法中完全正确的是( )原子核中有92个质子，有143个中子的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为+是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度半衰期缩短一个裂变能放出200 MeV的能量，合3.210-11JA. B. C. D.解析：由的质量数和电荷数关系易知正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知正确；半衰期不受外界因素干扰，故错误；通过计算
3、知正确，故答案为D项.答案：D综合运用4.在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，如图463所示为这种电磁泵的结构。导管放在磁场中，当电流通过导电液体时，这种液体即被驱动.如果导管中截面面积为h,磁场的宽度为L，磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流强度为I，求驱动力造成的压强差为多少？图4-6-3解析：电磁泵的原理是当电流流过液体时，液体即成为载流导体，在磁场中受到安培力作用，力的方向由左手定则判定，所以液体将沿v的方向流动.液体导电后可视为导体,从电磁泵原理图中可抽象出通电导体在磁场中受力模型.以载流导体为对
4、象，根据安培力公式，载流导体受到的安培力（即液体受力）为F=BIh，由压强公式得p=，由题知S=h,由上面的几个关系得p=.答案：p=5.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+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为_，a=_.以mU、mBa、mKr分别表示、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E=_.(2)有一座发电能力为P=1.00106
5、kW的核电站，核能转化为电能的效率=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E=2.7810-11J,核的质量mU=39010-27 kg,求每年（1年=3.15107s）消耗的的质量.解析：(1)由核反应方程可知：X为，a为3，释放的能量为E=（mU-mBa-mKr-2mn）c2.(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗U235的功率为P=2.5106 kW,电站每年消耗U235的能量为W=Pt=2.51093.15107 J=7.8751016J,每年消耗的U235的质量为M=1 105 kg.答案：（1） 3 (mU-mBa-mKr-2mn
6、)c2 （2）1 105 kg6.一静止的核转变为核时放出一个粒子，已知U232、Th228和粒子的相对原子质量分别为M0、M1、M2，求放出的粒子的初动能.解析：首先根据质量关系，可计算出核反应过程中释放出的核能，设U232、Th228和He核的质量分别为m0、m1、m2.则核反应放出的能量为E=（m0-m1-m2）c2,忽略电子的质量，一个U232原子的质量应为=m0（N为阿伏加德罗常数）.同理=m1,=m2,即E=;因为反应前后总动量守恒，设反应后Th228与He核的动量分别为p1、p2，则p1-p2=0.设Th228与He核的动能为Ek1、Ek2,则Ek1=,Ek2=,故粒子的初动能为
7、(M0-M1-M2)c2.答案：(M0-M1-M2)c27.某些放射性化学元素在一定条件下发生衰变，产生一个新核以及一个质量较小的粒子，同时放出能量，当一个镭（Ra226）发生衰变时，产生了一个粒子以及一个氡（Rn222）的核，过程如下：若已知衰变时释放的能量（即粒子与核的动能之和）为4.8 MeV,求粒子的动能.解析：设镭衰变前是静止的，系统动量为零，由动量守恒定律得mv=mRnvRn(其中v和vRn是粒子与氡核的速度).将上式转变为即,也即mEk=mRnEkRn(其中Ek和EkRn是粒子、氡核的动能).同时，由题意知Ek+EkRn=4.87 MeV,所以可得Ek=.答案：8.1999年10
8、月日本的一家核电站发生了核泄露事件，对附近的环境造成了很大的危害.核泄露直接导致严重的环境污染，其产生的射线具有非常大的危害性，能够使动植物体内的细胞发生癌变，致使生物死亡.根据以上材料回答以下问题：核电站的发电原理是通过核裂变产生巨大的能量，完成下面铀核裂变可能的一个反应方程+_,并计算1 kg铀核裂变放出的能量是_kJ.(结果保留两位有效数字，U235、Ba141、Kr92和中子的质量分别为235.049 3 u,140.913 9 u,91.897 3 u，1.008 7 u，1 u=1.6610-27 kg)解析：3;一个铀原子核裂变放出的核能E=mc2=(235.049 3 -140
9、.913 9 -91.897 3-21.008 7)931 MeV=3.310-11kJ .答案：3 3.310-11拓展探究9.在原子反应堆中，用石墨（碳）作减速剂使快中子变成慢中子，已知碳核的质量是中子质量的12倍.假设中子与碳核的碰撞是弹性的（即碰撞中不损失动能），而且碰撞前碳核是静止的,试求：（1）设碰撞前中子的动能为E0,经过一次碰撞后，中子的动能损失；（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0（lg13=1.114，lg11=1.041）?解析：(1)设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为m,碰撞前、后的速度分别为v1、v,mv0=mv1+mv 由解得v1=.碰撞一次，中子的动能损失E=.(2)中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能E1=同理，经第二次碰撞后，中子剩余的动能为E2=第n次碰撞后，中子剩余的动能为En=两边取对数得2n（lg11-lg13）=-6,2n(1.041-1.114)=-6解得n=41.4因此至少要碰撞42次，中子的动能才能小于10-6E0.答案：（1） （2）42次
