Question

13．2016年1月，國家發(fā)展改革委員會復(fù)函同意設(shè)立中船重工申報的國家能源重大科技創(chuàng)新工程海洋核動力平臺示范工程項目．海洋核動力平臺正式立項，為實現(xiàn)中國海洋核動力平臺“零”的突破奠定基礎(chǔ)．據(jù)了解，ACPR50S是中廣核自主研發(fā)、自主設(shè)計的海上小型堆技術(shù)，單堆熱功率為200MW，可為海上油氣田開采、海島開發(fā)等領(lǐng)域的供電、供熱和海水淡化提供可靠、穩(wěn)定的電力．
（1）核動力平臺利用核反應(yīng)來獲取能量的原理是：當(dāng)核材料（例如鈾-235）在受人為控制的條件下發(fā)生核裂變（選填“核裂變”或“核聚變”）時，核能就會以熱的形式被釋放出來，這些熱量會被用來驅(qū)動蒸汽機，從而將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能獲得動力．
（2）若海洋核動力平臺采用ACPR50S單堆技術(shù)，并且將其核反應(yīng)產(chǎn)生熱量的40%轉(zhuǎn)化成一艘核潛艇所需的動力，已知這艘核潛艇的推進公立為25000kW，在水下行駛速度為25節(jié)（1節(jié)=1海里/小時≈2km/h）．則在1s內(nèi)核動力平臺產(chǎn)生的能量能夠使這艘核潛艇最遠行駛多少海里？
（3）若核潛艇改用汽油作為動力，則在1s內(nèi)核動力平臺產(chǎn)生的能量相當(dāng)于燃燒多少千克的汽油？已知汽油熱值為4.6×10⁷J/kg．

Answer 1

分析 （1）核裂變和核聚變都能釋放能量，但是又有區(qū)別，對于核裂變是可控的，如核電站的核反應(yīng)堆就是通過核裂變提供能量的，
對于核聚變過程不可控，如氫彈爆炸就是利用核聚變釋放能量；蒸汽機屬于熱機，熱機就是利用內(nèi)能來工作的機械，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；
（2）知道單堆熱功率和時間，根據(jù)Q=W=P_熱t求出核動力平臺核反應(yīng)產(chǎn)生熱量，然后根據(jù)η=$\frac{{W}^{′}}{Q}$×100%的變形公式W′=ηQ求出核動力平臺對核潛艇的機械功，
利用P=$\frac{W}{t}$的變形公式t′=$\frac{{W}^{′}}{{P}^{′}}$求出核潛艇的行駛時間，最后根據(jù)v=$\frac{s}{t}$變形公式s=vt′求出核潛艇行駛的路程；
（3）由題意可知汽油完全燃燒放出的熱量，又知道汽油的熱值，根據(jù)由Q=mq的變形公式m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$求出完全燃燒汽油的質(zhì)量．

解答 解：（1）由于核裂變是可控的，故核動力平臺利用核反應(yīng)來獲取能量的原理是：當(dāng)核材料（例如鈾-235）在受人為控制的條件下發(fā)生核裂變時，
核能就會以熱的形式被釋放出來，這些熱量會被用來驅(qū)動蒸汽機，從而將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能獲得動力．
（2）單堆熱功率P_熱=200MW=2×10⁸W，
由P=$\frac{W}{t}$得，在1s內(nèi)核動力平臺核反應(yīng)產(chǎn)生熱量：
Q=W=P_熱t=2×10⁸W×1s=2×10⁸J，
由η=$\frac{{W}^{′}}{Q}$×100%得，核動力平臺對核潛艇的機械功：
W′=ηQ=40%×2×10⁸J=8×10⁷J，
核潛艇的推進功率P′=25000kW=2.5×10⁷W，
由P=$\frac{W}{t}$得，核潛艇的行駛時間：
t′=$\frac{{W}^{′}}{{P}^{′}}$=$\frac{8×1{0}^{7}J}{2.5×1{0}^{7}W}$=3.2s=$\frac{1}{1125}$h，
核潛艇的水下行駛速度v=25節(jié)=25海里/小時，
由v=$\frac{s}{t}$得，核潛艇行駛的路程：
s=vt′=25海里/小時×$\frac{1}{1125}$小時≈0.02海里．
（3）由題意知，汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=Q=2×10⁸J，
由Q=mq得，完全燃燒汽油的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2×1{0}^{8}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈4.35kg．
答：（1）核裂變；機械能；
（2）在1s內(nèi)核動力平臺產(chǎn)生的能量能夠使這艘核潛艇最遠行駛0.02海里；
（3）若核潛艇改用汽油作為動力，則在1s內(nèi)核動力平臺產(chǎn)生的能量相當(dāng)于燃燒4.35千克的汽油．

點評 本題是一道綜合性很強題目，涉及到的知識點較多，關(guān)鍵是認真審題，從中得出相關(guān)信息，并能利用所學(xué)知識解決的相關(guān)問題，學(xué)以致用，很有實際意義！