人教版高中物理核裂变与核聚变课后习题答案及解析

人教版高中物理核裂变与核聚变

课后习题答案及解析

练习与应用

1．什么是核裂变？什么是链式反应？

解析：

重核分裂成中等质量原子核的核反应叫做重核的裂变。由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。

2．在核反应堆中，用什么方法控制核裂变的速度？

解析：

核反应堆是人工控制链式反应的装置，控制速度的原理：在铀棒之间插些镉棒，因为镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使镉棒插深些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就减慢了；反之，则把镉棒插浅一些，让它吸收中子少一些，链式反应的速度就可以增大，一般来说这些操作是用电子仪器来完成；所以在原子核反应堆中，可用能吸收中子的镉棒来控制核裂变反应的速度。

3．什么是核聚变？核聚变过程中的能量转化有什么特点？

解析：

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变．聚变发生时需要提供巨大的能量，但反应中放出的能量比提供的能量要大得多。

4．请分析：在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困

难是什么？

解析：

必要性:由于地球上石化燃料和裂变材料的贮量有限,开发聚变能非常重要,并且是一项十分紧迫的任务。各国科学家都在加紧研究,以期尽快在地球上制造出人类自己的太阳,缓解甚至消除能源危机的困扰。

可能性:地球上聚变材料的储量丰富,每升水中含有0.03g的氘,地球上的河流、湖泊、海洋等有138.6亿立方米的水,大约有40亿吨氘。聚变反应中所用的氘可以利用锂来提取,地球上锂的储量有2000亿吨,用来制取氘足以满足聚变的需要。

困难:地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。

5．在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。

（1）设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少？

解析：

设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为M，碰撞后中子、碳核的速度分别为v1、v，以v0方向为正方向，根据动量守恒定律得：

mv0=mv1+Mv根据机械能守恒定律得：1

2m v02=1

2

m v12+1

2

M v2由以上两式解得

v1= - 11

13

v0

碰撞一次，中子损失的动能为：△E K=1

2m v02-1

2

m v12=48

169

E0

（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0？

根据以上计算结果每一次后的末速度都是原来的11

，所以经过n

13

）n v0,根据动能公式可得：

次后其末速度为原来的（11

13

）2n=10-6这个关系式，展开的2n（lg11-lg13）=-6 （11

13

解得n=41.2 所以至少要经过42次碰撞才可以小于10-6E0

6．秦山核电站第一期工程装机容量为3×108W。如果1 g 铀235 完全核裂变时产生的能量为8.2×1010J，并且假定所产生的能量都变成了电能，那么每年要消耗多少铀235 ？

解析：

7．太阳的总输出功率为3.8×1026 W，它来自三种核反应，这些反应的最终结果是氢转变为氦42He。按照总输出功率计算，太阳每秒失去多少质量？

解析：

太阳每秒释放的能量为E=Pt=3.8×1026J，由质能方程E=mc2可

得，太阳每秒损失的质量是m=E

，代入数据可得E≈4.22×109kg

C2

综上，本节内容主要考察核裂变及核聚变的基础知识，同时结合质能方程的应用，涉及计算比较繁杂，所以要加强自身计算能力的培养。