1、简答题 25.我国在核聚变研究领域处于世界先进行列,在实验中观察到有下列4种核反应:
H+H→He+n+3.25MeV
H+H→H+H+4.00MeV
H+H→He+n+17.6MeV
H+He→He+H+18.3MeV
已知在实际发生的核聚变中上述4种的概率相同,其原料直接或间接都是氘核(H),而氘核在地球上的储量非常丰富,每升海水中大约有0.030g氘,那么1L海水中的氘全部发生聚变释放的总能量为多少?(取阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023/mol)
参考答案:在实际发生的核聚变中上述4种的概率相同,故以上4个核反应相当于下列的核反应:
6?21H→2?42He+2?11H+2?10n+43.15MeV?
1L海水中氘的总个数是:N=0.0302×6.02×1023=9.03×1021(个)
总能量为E=N6×43.15=9.03×10216×43.15=6.494×1022MeV
答:1L海水中的氘全部发生聚变释放的总能量为6.494×1022MeV.
本题解析:
本题难度:一般
2、计算题 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。核电站就是利用核反应堆释放的核能转化为电能。
(1)核反应方程式U+01n→Ba+Kr+3 01n 是反应堆中发生的许多核反应中的一种,以mU、m、分别表示U、Ba、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,求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=1.00×106kW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△E=2.78J,U核的质量。求每年(1年=3.15×107s)消耗的U的质量。
参考答案:(1)(2)M
本题解析:(!) ?根据质能方程可得=(? 3分
(2)反应堆每年提供的核能?①?其中T表示1年的时间
以M表示每年消耗的U的质量,得?②
解得?③?代入数据得 M④?5分
点评:核反应过程中,质量数与核电荷数守恒;求出核反应的质量亏损,应用质能方程即可求出核反应释放的能量.
本题难度:一般
3、计算题 一静止的核转变为核时放出一α粒子,已知、和的原子量分别为M0,M1,M2,求放出的α粒子的初动能.
参考答案:解:设m0、m1和m2分别是、和核的质量
则由质能方程可得在这个核反应过程中释放出来的核能
亦即反应后产生的和的总动能E
E=(m0-m1-m2)c2
由于原子包含核和92个核外电子
故一个原子的质量?
M0/N= m0+92me,其中N为阿伏加德罗常数,me是电子质量
同理,
代入即得E=(M0-M1-M2)c2/N
由于反应前后总动量守恒
设P1和P2分别为反应后和的动量
则有P1-P2 =0,即P1=P2
这样和的动能分别为
于是总动能为
即α粒子的初动能为
若忽略电子质量me,则α粒子的初动能为
本题解析:
本题难度:一般
4、选择题 匀强磁场中有一个静止的氮核N,被与磁场方向垂直、速度为v的α粒子击中形成复合核,然后沿相反方向释放出一个速度也为v的质子,则以下说法正确的是(?)
①质子与反冲核的动能之比为17∶25
②质子与反冲核的动量大小之比为1∶5
③质子与反冲核的动量大小之比为8∶17?
④质子与反冲核在磁场中旋转频率之比为17∶8
A.①②
B.③④
C.①③
D.②④
参考答案:A
本题解析:α粒子轰击N形成复合核,再释放一质子形成反冲核的过程中动量守恒,故②对;由Ek=知,①对;由T=知④错.
本题难度:简单
5、选择题 关于核能及爱因斯坦质能方程,下列说法中正确的是(?)
A.核子结合成原子核时,需吸收能量
B.核子结合成原子核时,会放出能量
C.E=mc2中的E是质量为m的物体以光速运动时的动能
D.ΔE=Δmc2表示释放的能量与质量亏损的关系
参考答案:BD
本题解析:
本题难度:简单