1、自主广场我夯基 我达标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思路解析：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.已知在铀 235 裂变成钡和氪的过程中，质量亏损 m=0.215 3 u，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？思路解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为 1 MeV.由爱
2、因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：E=mc2=0.215 3931.5 MeV=201 MeV铀核中含有 235 个核子，所以平均每个核子释放的能量为 MeV=0.86 MeV.23501答案：0.86 MeV3. 受中子轰击时会发生裂变，产生 和 ，同时放出 200 MeV 的能量.现要建U2359 Ba1456Kr923设发电功率是 5105 kW 的核电站，由铀 235 作为原子锅炉的燃料.假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需纯铀 235 的质量为多大？（阿伏加德罗常数为 6.021023 个/mol）思路解析：铀 235 释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率
3、为 5105 kW 的发电站一天发出的电能，也就是一天所需要的 235 释放的核能，进而求得铀 235 的质量.先根据发电功率计算出每天应发电能的总量为：E=243.610 3P=4.321013 J,要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为：n= =1.351024 个，198306.124则对应的质量为 m= 23510-3 kg=0.527 kg.23410.65MNn答案：0.527 kg4.裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中， 俘获一U2359 U2359个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为： nSrXenU10943813954102
4、359 235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量（以原子核质量 u 为单位） ，已知 1 u 的质量对应的能量为 9.3102 MeV，求放出的能量.思路解析：裂变前后的质量亏损是：m=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-31.008 7) u,由质量方程 E=mc2 有 E=mc2，即放出的能量 E=m9.3102 MeV=1.8102 MeV.答案：1.810 2 MeV5.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
5、磁泵，如图 19-6-5 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为 I，求驱动力造成的压强差为多少？图 19-6-5思路解析：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,SF由上面的几个关系得
6、p= .BI答案：p= I6.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 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，aXKrBnU923614502359为中子，X 为待求粒子， a 为 X 的个数，则 X 为_，a=_.以n0mU、m Ba、m Kr 分别表示 、 、 核的质量， mn、m p 分别表示中子、质子的质2359146r923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 kW 的
7、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 -11 J，核的质量 mU=39010-27 kg，求每年（1 年=3.1510 7 s）消耗的 的质U2359量.思路解析：（1）由反应方程可知：X 为 ，a 为 3，释放的能量为 E=(mU-mBa-mKr-2mn)n10c2.（2）因电站发电效率为 40%，故电站消耗 235U 的功率为 P= =2.5106 kW,%4016P电站每年消耗 235U 的能量为 W=Pt=2.51093.15107=7.8751016 J每年消耗的 235U 的质量为
8、M= kg=1 105 kg.127608.2395.UmEW答案：（1） 3 (mU-mBa-mKr-2mn)c2 (2)1 105 kgn107.一静止的 核转变为 核时放出一个 粒子，已知 232U、 228Th 和 粒子的原子29Th2890量分别为 M0、M 1、M 2，求放出的 粒子的初动能.思路解析：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 232U、 228Th 和He 核的质量分别为 m0、m 1、m 2.则核反应放出的能量为 E=（m 0-m1-m2)c2,忽略电子的质量，一个 232U 原子的质量应为 =m0(N 为阿伏加德罗常数）.N同理 =m1, =m2
9、,即 E= ；因为反应前后总动量守恒，设反应后NcM210)(228Th 与 He 核的动量分别为 p1、p 2,则 p1-p2=0.设 228Th 与 He 核的动能为 Ek1、E k2,则 Ek1=,Ek2= ,12mp2故 粒子的初动能为 (M0-M1-M2)c2.21212)(MmEmp答案： (M0-M1-M2)c221M我综合 我发展8.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（ 226Ra)发生衰变时，产生了一个 粒子以及一个氡（ 222Rn)的核，过程如下： RnHea2864268若已知衰变时释放的能量（即 粒子与 核
10、的动能之和）为 4.87 MeV，求 e42Rn286粒子的动能.思路解析：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 EkRn2)()(2Rnm 22Rnvv是 粒子、氡核的动能）.同时，由题意知 Ek+EkRn=4.87 MeV，所以可得 Ek= MeV=4.78 MeV.Rn87.4答案：4.78 MeV9.1999 年 10 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，
11、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KrBanU923614502359_kJ？（结果保留两位有效数字， 235U、 141Ba、 92Kr 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）.思路解析：3 ；一个铀原子核裂变放出的核能10E=mc2=(235.049 3 u-140.913 9 u-91.897 3 u-21.008 7 u)
12、c2=3.310-11 J.1 kg 铀核裂变放出能量 E=E NA=3.310-11 6.021023 J=8.51013 J=8.51010 UM15.01kJ答案：3 8.51010n1010.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）？思路解析：（1）设中子的质量为 m，速度为 v0
13、，碳核的质量为 m，碰撞前、后的速度分别为 v1、v，mv 0=mv1+mv 22120vm由解得 v1= .03碰撞一次，中子的动能损失 E= .0212069481Emv（2）中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能 E1= 2)3(同理，经第二次碰撞后，中子剩余的动能为 E2= 01v第 n 次碰撞后，中子剩余的动能为 En= =10-6E022)3(1mn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06948E11.一个铀 235 核俘获一个速度为
14、 1.00104 m/s 的中子后，裂变为两个新核，同时放出两个中子.其中一个中子的速度为 8.69106 m/s，方向与原中子的方向相同；另一个中子的速度为 8.68106 m/s，方向与原中子的方向相反，两个新核中有一个是 .今让这两个新核垂Sr9538直进入同一匀强磁场.它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比多大？周期之比多大？思路解析：在核裂变过程中遵循动量守恒定律.由题意可知被俘获的中子的动量与裂变时释放出的两个中子的总动量相等，故两个新核的总动量为零，也即两个新核的动量大小相等、方向相反.由于洛伦兹力提供向心力，可知新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径：R=.qBmv由于两个新核
15、的动量大小相等，进入的是同一匀强磁场，故 mv、B 均相同，得它们的半径之比等于它们电荷量的反比.由题意可写出裂变方程： nXSrnUAZ109538102359 2由质量数守恒可解得新核 X 的质量数 A=235+1-95-21=139.由电荷数守恒可得新核 X 的电荷数 Z=92-38=54.故两个新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比为：R 1R2=5438=2719.新核在磁场中做匀速圆周运动的周期：T= v2把半径 R 代入得：T= qBm2可见，两个新核做匀速圆周运动的周期之比与它们的质量成正比，与它们的电荷量成反比，即 .13958421T答案：两新核做匀速圆周运动的半径之比为
16、 2719，周期之比为 135139.12.苏联的切尔诺贝利核电站曾发生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影响，在核泄漏后，该地区存在着各种不同的放射性射线.假设其中有一种是由铀核 衰变成U2389，并释放一种粒子产生的.Th23490（1）写出 衰变为钍 的方程式；U2389Th23490（2）已知铀核质量为 3.853 13110-25 kg，钍核质量为 3.786 56710-25 kg， 粒子质量为6.646 7210-27 kg，求衰变释放的能量 .思路解析：（1）核反应方程为 .U2389He420（2）E=mc 2=(mU-mTb-m)c2 代入数据解得 E=8.710-13 J.答案：（1） (2)8.710-13 J389eTh40
