1、2012年粤教版高中物理选修 3-5 4.6核能利用练习卷与答案（带解析） 选择题 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 答案： A 试题分析：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，故答案：选 A. 考点：原子核反应 链式反应 点评：本题解题关键是要熟悉原子反应堆的组成反应堆的核燃料是用浓缩铀235制成的铀棒，铀 235有易俘获慢中子、不易俘
2、获快中子的特点，为维持链式反应，必须把裂变时产生的速度很大的中子的速度降下来，为此在铀棒周围放上减速剂，快中子与减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子 .为了使反应堆保持一定的功率，必须控制参与反应的中子数目，以控制核反应的速度，因此在铀棒之间插入一些镉做成的控制棒，镉吸收中子能力很强，靠镉棒插入的深度，来控制调节核反应的速度 .核燃料裂变放出的核能大部分转化成热，使反应区温度升高，水或液态金属钠 等流体反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却 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
3、变释放原子能的 C两者的核燃料都是纯铀 235 D一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能 答案： B 试题分析：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 考点：核能的利用 点评：核能是最重要的新型能源之一，是利用可控的核反应，将核能最终转化为电能为人类所使用，核能的安全性也是人们研究的一个重要课题，全面了解核能利用的原理、过程及特点，是解决此题用到的主要知识 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
4、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 3.210-11J A B C D 答案： D 试题分析：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；通过计算知 正确，故答案：为 D项 . 考点：核反应方程 裂变 衰变 半衰期 点评：（ 1）核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的 （ 2）原子核结构发生变化时会释放出大量能
5、量，这种能量称核能；核能的主要途径为核裂变和核聚变 （ 3）可再生能源指可以在自然界里源源不断地得到的能源，如水能、风、太阳能等；不可再生能源只会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充的能源，如煤、石油、天然气等 热点知识应熟练掌握，应能灵活应用。 填空题 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
6、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 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 . 答案：（ 1） 3 (mU-mBa-mKr-2mn)c2 （ 2） 1 105 kg 试题分析： (1)由核反应方程可知： X为 ， a为 3，释放的能量为 E=（ mU-
7、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. 考点：核反应方程 质能方程 功率 效率 核能的利用 点评：任何的关于能量的利用都会涉及到效率的问题，关键是正确找出能量之间的转换与守恒，宏观世界应用的知识照样应用于微观世界。 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
8、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) 答案： 3.310-1 试题分析： 3 ;一个铀原子核裂变放出的核能 E=mc2=(235.049 3 -140.913 9 -91.897 3-21.008 7)93
9、1 MeV=3.310-11kJ 考点：核反应 裂变 核能的利用 点评：核能的能量巨大，少量的核能就能产生很大的能量，但核能有危险，所以只有技术很发达才能大力发展核电站，属于热门知识，要熟练掌握。 计算题 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？答案： p= 试题分析：电磁泵的原理是当电流流过液体时，液体即
10、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,由上面的几个关系得 p= . 考点：磁场对电流的作用 原子核反应 压强 点评：本题相当于材料阅读题，要灵活掌握所学的知识，根据构造图分析电磁泵的工作原理是本题的解题关键。 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
11、动能 . 答案： (M0-M1-M2)c2 试题分析：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 (M0-M1-M2)c2 考
12、点：质能方程 动量守恒 动能与动量的关系 点评：解决问题首先要清楚研究对象的运动过程我们要清楚运动过程中能量的转化，以便从能量守恒角度解决问题把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的问题。 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 . 答案： 试题分析：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
13、 ).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= 考点：天然放射现象 质能方程 动量守恒 动能与动量的关系 点评：解决问题首先要清楚研究对象的运动过程我们要清楚运动过程中能量的转化，以便从能量守恒角度解决问题把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的问题。 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
14、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） 答案：（ 1） （ 2） 42次 试题分析： (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 考点：动量守恒 机械能守恒 点评：微观粒子的碰撞往往是弹性碰撞，遵守动量守恒定律和能量守恒定律两大守恒定律本题难点是运用数学方法求解物理问题。
