Question

19．2011年3月11日，日本发生了地震和海啸灾难，致使福岛核电出现核泄漏．为减少放射性污染，电力公司利用“人工浮岛”（一个钢制的空心浮体）储存放射性污水，该浮体是用8×10⁶kg的钢板制成的一个外形长140m，宽50m、高3m的空心长方体．问：
（1）核电站的核心装置是核反应堆，利用核燃料在里面发生核裂变而释放出巨大能量用于发电，把核能转化为电能，核能是不可再生能源（填可再生或不可再生）．
（2）为了不使“人工浮岛”沉入海底，该浮体最多可以储存质量为多少千克的放射性污水（为了计算方便，海水的密度取1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）
（3）请你谈谈核能发电与火力发电相比的优点和可能带来的问题核能发电的优点：省燃料，污染小，成本低；
可能带来的问题：核泄漏（或核辐射、核污染、核废料）．

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．
从能源是否可再利用的角度可分为可再生能源和不可再生能源，化石能源、核能会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而风能、水能、太阳能、生物质能，可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它们属于可再生能源；
（2）为了不使“人工浮岛”沉入海底，根据物体浮沉条件可知，“人工浮岛”所受的浮力不能小于“人工浮岛”的总重力．而要求该浮体最多可以储存质量为多少千克的放射性污水，就需要先求出该浮体能受的最大浮力．当浮体浸没入水中时（悬浮状态），所受的浮力是最大的，浮力可根据阿基米德原理来进行计算，计算出最大浮力以后，就知道了“人工浮岛”的总重，然后用总重除以g就算出了浮体的总质量，最后用总质量减去浮体自身的质量，就算出了放射性污水的质量；
（3）核能发电的优点：核能发电不像化石燃料发电那样排放大量的污染物质岛空气中，因此核能发电不会造成空气污染；核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便；核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低；
缺点：核能电厂会产生放射性废料；核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害．

解答 解：（1）核电站是利用原子核发生裂变释放出的核能来发电的，核能是不可再生能源．
（2）“人工浮岛”恰好浸没时的排水体积：V_排=140m×50m×3m=2.1×10⁴m³，
“人工浮岛”受到的最大浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2.1×10⁴m³=2.1×10⁸N，
由题意可知，当G_总=F_浮时，“人工浮岛”储存的放射性污水最多，
则“人工浮岛”的总质量：m_总=$\frac{{F}_{浮}}{g}$=$\frac{2.1×1{0}^{8}N}{10N/kg}$=2.1×10⁷kg，
储存放射性污水的质量：m_污水=m_总-m_浮体=2.1×10⁷kg-8×10⁶kg=2.1×10⁷kg-0.8×10⁷kg=1.3×10⁷kg；
（3）核能发电的优点：省燃料，污染小，成本低；
可能带来的问题：核泄漏（或核辐射、核污染、核废料）．
故答案为：（1）核反应堆；裂变；不可再生．
（2）1.3×10⁷kg；
（3）核能发电的优点：省燃料，污染小，成本低；可能带来的问题：核泄漏（或核辐射、核污染、核废料）．

点评 本题以世界时事为背景，考查了与物理相关的知识，这类题型在考试中经常出现．