1、填空题 二战末期,美国在日本广岛投下的原子弹相当于2万吨TNT炸药爆炸时释放的能量,已知1kgTNT炸药爆炸时释放的能量是4.2×106J,则该原子弹含有纯铀235______kg(1个铀235原子核裂变时放出200MeV能量,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023个/mol).
参考答案:2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量:
E=2×107×4.2×106J=8.4×1013J,
1个铀235原子核放出的能量△E=200MeV,设纯铀235的质量为M,则:
E=N△E=M235NA△E,故M=235ENA△E=235×8.4×10136.02×1023×200×106×1.6×10-19g≈1.0×103g=1.0kg.
故答案为:1.0.
本题解析:
本题难度:一般
2、计算题 铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是。
(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能(、、、的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u);
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能?它相当于燃烧多少煤释放的能量?(煤的热值为2.94×107 J/kg)
参考答案:解:(1)裂变反应的质量亏损为△m=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7)u=0.215 3 u
一个铀235原子核裂变后释放的能量为△E=△mc2=0.215 3×931.5 MeV=200.6 MeV
(2)1 kg铀235中含原子核的个数为
1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量△EN=N·△E=2.56×1024×200.6 MeV=5.14×1026 MeV
设q为煤的热值,M为煤的质量,有△EN=Qm
所以=2 800 t
本题解析:
本题难度:一般
3、计算题 天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的。
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核聚变成氦核同时放出2个正电子和2个中微子,请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量。
(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J(即P=1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)。
(3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断。
(可能用到的数据:银河系质量约为M=3×1041kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子ve质量为零.)
参考答案:解:(1)
△m=4mp-mα-2me
△E=△mc2=4.14×10-12 J
(2)
即氦的含量
(3)由估算结果可知,k=2%远小于25%的实际值,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的
本题解析:
本题难度:一般
4、选择题 下列说法正确的是( )
A.太阳与许多恒星内部都在进行着剧烈的裂变反应
B.太阳与许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应
C.核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度
D.一个中子和一个质子结合成氘核,并释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损
参考答案:BCD
本题解析:
本题难度:一般
5、选择题 要使氘核聚变,必须使氘核之间的距离接近到,也就是接近到核力能够发生作用的范围.物质温度很高时,氘原子将变为等离子体,等离子体的分子平均动能为,叫玻耳兹曼常数,T为热力学温度.两个氘核之间的电势能,式中k为静电力常量,r为电荷之间的距离,则氘核聚变的温度至少为
A.
B.
C.
D.
参考答案:C
本题解析:本题考查原子核的结合能
轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应称聚变反应,又称为热核反应.它需要极大的压强和极高的温度.原因是自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行.
能够使氘核接近到r0,也就是能让氘核从无穷远(普通的气体分子间距极大,基本无库仑作用,可认为是无穷远,此时电势能为0)移至r0,这一阶段电场力做负功,由动能定理求解.
能够使氘核接近到r0,也就是能让氘核从无穷远(普通的气体分子间距极大,基本无库伦作用,可认为是无穷远,此时电势能为0)移至r0,这一阶段电场力做负功,
由动能定理△Ek=W电=△Ep,
而最小最小当氘核接近r0时动能为0,而这里的两个氘核都有动能因此
2Ek-0=△Ek=??T= ??故选C.
本题难度:一般