高中物理常用裂变反应堆的类型计算题

(1)从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r₁。
(1)氢原予处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。
a．己知光在真空中的速度为c，氢原子在不同能级之间跃迁时，跃迁前后可认为质量不变，均为m。设氢原子处于基态时的能量为E₁(E₁<O)，当原子处于第一激发态时的能量为E₁/4，求原子从第一激发态跃迁到基态时，放出光子的能量和氢原子的反冲速度。
b．在轻核聚变的核反应中，两个氘核()以相同的动能E_o=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核()和中子（）的动能。已知氘核的质量m_D=2.0141u，中子的质量m_n=1.0087u，氦核的质量M_He=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）?

(1)我国科学家经过艰苦努力，率先建成了世界上第一个全超导托克马克试验装置并调试成功．这种装置被称为“人造太阳”，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁能源．在该装置内发生的核反应方程是H＋H―→He＋X，其中粒子X的符号是________．已知H的质量是m₁， H的质量是m₂，He的质量是m₃，X的质量是m₄，光速是c，则发生一次上述聚变反应所释放的核能表达式为___________________________________________．
(2)光滑水平面上静止放置一长方形木板B，B的质量为M＝2 kg，B的右端离竖直墙6 m．现有一小物体A，其质量m＝1 kg，以v₀＝6 m/s的速度从B的左端水平滑上B，如图所示．A和B之间的动摩擦因数μ＝0.4，B与墙碰撞时间极短，且碰撞时无能量损失．要使A最终不脱离B，B的最短长度是多少？

［物理——选修3－5］
（1）下列说法正确的是：

A．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，但在空间各处出现的概率具有一定的规律

B．核力是短程力，且总表现为吸引力，从而使核子结合在一起

C．太阳辐射能量主要来源于重核裂变

D．各种原子的发射光谱都是线状谱

（2）一炮弹质量为m，以一定的倾角斜向上发射。到达最高点时速度为v，炮弹在最高点爆炸成两块。其中一块沿原轨道返回，质量为m/2，求爆炸过程中系统增加的机械能。

〔物理选修3—5〕
（1）下列说法中正确的是      （填入选项前的字母，有填错的不得分）

A．光电效应实验证实了光具有粒子性

B．太阳辐射能量主要来自太阳内部的裂变反应

C．按照玻尔理论，电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是ν，则其发光频率也是ν

D．质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成一个氘核时，释放的能量是(m1+m2-m3)c^2

（2）光滑水平面上，用弹簧相连接的质量均为2 kg的A、B两物体都以v₀=6m/s速度向右运动，弹簧处于原长。质量为4 kg的物体C静止在前方，如图所示，B与C发生碰撞后粘合在一起运动，求：
①B、C碰撞刚结束时的瞬时速度；
②在以后的运动过程中，物体A是否会有速度等于零的时刻？试通过定量分析，说明你的理由。

核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u＝1.66×10^-27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程。
（2）试计算这个核反应释放出来的能量。
（3）若建一座功率为3.0×10⁵kw的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×10⁷s计算，光速c＝3.00×10⁸m/s，结果取二位有效数字）

(1)研究发现两个氘核(H)可聚变成He，已知氘核的质量为2.013 6 u，中子的质量为1.008 7 u， He核质量为3.015 0 u．若质量亏损1 u对应的核能为931.5 MeV，则两个氘核聚变成He核的核反应方程为________________；上述反应中释放的核能为________．
(2)如图所示，光滑水平面上三个物块A、B、C，A、B间有压缩且被锁定的轻弹簧，三物块均处于静止状态．现解除对弹簧的锁定，B离开弹簧后，以速度v₀与C相碰，最终B与A运动的速度相同，已知m_A＝6 kg，m_B＝1 kg，m_C＝14 kg，求B与C相碰后C的速度大小．

一个铀核，经一次α衰变后，产生钍核_，
（1）试写出上述衰变的核反应方程；
（2）若一个静止的铀核发生衰变，以v的速度释放一个α粒子，求产生钍核的运动速度大小；
（3）若铀核的质量为m₁，α粒子的质量为m₂，产生的钍核的质量为m₃，求一个铀核发生α衰变释放的能量。

(1)2011年中国宣布突破快中子增殖反应堆技术，使核反应原料利用率提升到百分之六十以上．第一代核反应堆以铀235为裂变燃料，而在天然铀中占99%的铀238不能被利用，为了解决这个问题，科学家们研究出快中子增殖反应堆，使铀238变成高效核燃料．在快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238(U)吸收快中子后变成铀239(U)，铀239很不稳定，经过________次β衰变后变成钚239(Pu)，从而实现核燃料的增殖．铀238转变为钚239的全过程的核反应方程式为____________________________________________.
(2)如图所示，长为L＝2 m的木板A质量为M＝2 kg，A静止于足够长的光滑水平面上，小物块B(可视为质点)静止于A的左端，B的质量为m₁＝1 kg，曲面与水平面相切于M点．现让另一小物块C(可视为质点)从光滑曲面上离水平面高h＝3.6 m处由静止滑下，C与A相碰后与A粘在一起，C的质量为m₂＝1 kg，A与C相碰后，经一段时间B可刚好离开A，g＝10 m/s².求A、B之间的动摩擦因数μ.

太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个毩粒子，同时发射两个正电子，若太阳辐射能量的总功率为P，质子H、氦核He、正电子e的质量分别为m_p、m_α、m_e，真空中的光速为c，求：
（1）写出核反应方程式．
（2）核反应所释放的能量△E．
（3）1s内参与上述热核反应的质子数目．

太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核（H）结合成1个氦核（He）。下表中列出了部分粒子的质量（1u相当于931.5MeV的能量）

①写出氢核聚变的核反应方程：                                            ；
②计算发生一次核反应释放的能量。（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）

核聚变能量种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u， 1u=1.66×10^－27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程；
（2）试计算这个核反应释放出来的能量；
（3）若建一座功率为3.0×10⁵kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×10⁷s计算，光速c=3.0×10⁸m/s，结果取二位有效数字）

核聚变能量种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u, 1u=1.66×10^－27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程；
（2）试计算这个核反应释放出来的能量；
（3）若建一座功率为3.0×10⁵kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×10⁷s计算，光速c=3.0×10⁸m/s，结果取二位有效数字）

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(1(1)H)聚变成氦核(2(4)He)，同时放出2个正电子(1(0)e)和2个中微子(ν₀)，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＝1×10³⁷J/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1u＝1.66×10^－27kg,1u相当于1.5×10^－10J的能量，电子能量m_e＝0.0005u，氦核质量m_a＝4.0026u，氢核质量m_p＝1.0078u，中微子ν₀质量为零．)

太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核（H）结合成1个氦核（He），同时释放出正电子（e）。已知氢核的质量为m_P，氦核的质量为m_α，正电子的质量为m_e，真空中光速为c。计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能。

（1）据2011年3月14日法新社报道，日本核泄漏事故正在加剧，福岛第一核电站3号机组可能已经出现“堆芯熔毁”现象，3号机组所用核燃料为铀和钚，下列关于该核泄漏事件的分析正确的是
A．铀238俘获中子形成铀239，再经一次β衰变，可成为原子反应堆中的燃料钚239
B．钚的半衰期为24100年，则24100年后泄漏物质中钚原子的总数将降低为原来的
C．衰变时放出的α射线比β射线的贯穿本领强
D．在核泄漏的地区由于受到大剂量辐射，会出现癌症、甲状腺病患者增多的现象
（2）在光滑的水平面上有a、b两球，其质量分别是ma、mb，两球在t1时刻发生正碰，并且在碰撞过程中无机械能损失，两球在碰撞前后的速度图象如图所示．下列关系正确的是(　　)

A．ma>mb　　  B．ma<mb          C．ma＝mb　　  D．无法判断