Question

13．2016年1月，国家发展改革委员会复函同意设立中船重工申报的国家能源重大科技创新工程海洋核动力平台示范工程项目．海洋核动力平台正式立项，为实现中国海洋核动力平台“零”的突破奠定基础．据了解，ACPR50S是中广核自主研发、自主设计的海上小型堆技术，单堆热功率为200MW，可为海上油气田开采、海岛开发等领域的供电、供热和海水淡化提供可靠、稳定的电力．
（1）核动力平台利用核反应来获取能量的原理是：当核材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变（选填“核裂变”或“核聚变”）时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机，从而将内能转化为机械能获得动力．
（2）若海洋核动力平台采用ACPR50S单堆技术，并且将其核反应产生热量的40%转化成一艘核潜艇所需的动力，已知这艘核潜艇的推进公立为25000kW，在水下行驶速度为25节（1节=1海里/小时≈2km/h）．则在1s内核动力平台产生的能量能够使这艘核潜艇最远行驶多少海里？
（3）若核潜艇改用汽油作为动力，则在1s内核动力平台产生的能量相当于燃烧多少千克的汽油？已知汽油热值为4.6×10⁷J/kg．

Answer 1

分析 （1）核裂变和核聚变都能释放能量，但是又有区别，对于核裂变是可控的，如核电站的核反应堆就是通过核裂变提供能量的，
对于核聚变过程不可控，如氢弹爆炸就是利用核聚变释放能量；蒸汽机属于热机，热机就是利用内能来工作的机械，将内能转化为机械能；
（2）知道单堆热功率和时间，根据Q=W=P_热t求出核动力平台核反应产生热量，然后根据η=$\frac{{W}^{′}}{Q}$×100%的变形公式W′=ηQ求出核动力平台对核潜艇的机械功，
利用P=$\frac{W}{t}$的变形公式t′=$\frac{{W}^{′}}{{P}^{′}}$求出核潜艇的行驶时间，最后根据v=$\frac{s}{t}$变形公式s=vt′求出核潜艇行驶的路程；
（3）由题意可知汽油完全燃烧放出的热量，又知道汽油的热值，根据由Q=mq的变形公式m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$求出完全燃烧汽油的质量．

解答 解：（1）由于核裂变是可控的，故核动力平台利用核反应来获取能量的原理是：当核材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，
核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机，从而将内能转化为机械能获得动力．
（2）单堆热功率P_热=200MW=2×10⁸W，
由P=$\frac{W}{t}$得，在1s内核动力平台核反应产生热量：
Q=W=P_热t=2×10⁸W×1s=2×10⁸J，
由η=$\frac{{W}^{′}}{Q}$×100%得，核动力平台对核潜艇的机械功：
W′=ηQ=40%×2×10⁸J=8×10⁷J，
核潜艇的推进功率P′=25000kW=2.5×10⁷W，
由P=$\frac{W}{t}$得，核潜艇的行驶时间：
t′=$\frac{{W}^{′}}{{P}^{′}}$=$\frac{8×1{0}^{7}J}{2.5×1{0}^{7}W}$=3.2s=$\frac{1}{1125}$h，
核潜艇的水下行驶速度v=25节=25海里/小时，
由v=$\frac{s}{t}$得，核潜艇行驶的路程：
s=vt′=25海里/小时×$\frac{1}{1125}$小时≈0.02海里．
（3）由题意知，汽油完全燃烧放出的热量：
Q_放=Q=2×10⁸J，
由Q=mq得，完全燃烧汽油的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2×1{0}^{8}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈4.35kg．
答：（1）核裂变；机械能；
（2）在1s内核动力平台产生的能量能够使这艘核潜艇最远行驶0.02海里；
（3）若核潜艇改用汽油作为动力，则在1s内核动力平台产生的能量相当于燃烧4.35千克的汽油．

点评 本题是一道综合性很强题目，涉及到的知识点较多，关键是认真审题，从中得出相关信息，并能利用所学知识解决的相关问题，学以致用，很有实际意义！