河南省2023-2024学年高二期末(下)测试(24-601B)物理

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13.(8分)核能也称原子能,是原子核结构发生变化时释放出来的巨大能量,包括裂变能和聚变能两种主要形式。目前核能发电利用的是核裂变,其核反应堆采用的原料是铀235,在核反应堆中一般用石墨做慢化剂使快中子减速成为慢中子,实现可控的链式反应。与核裂变相比,核聚变反应释放能量的效率更高,但实现可控反应的条件苛刻,在实验室中模拟完成可控核聚变需要温度达到1亿度,其原理是一个氘核1^2H和一个氚核1^3H[结合后生成一个新核和一个中子。在氘与氚两核达到核力作用范围完成核聚变前必须克服库仑斥力做的总功为W=110^-14J,将微观粒子间的相互作用类比碰撞,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)写出氘与氚两核发生聚变反应的方程,并求解速度大小为v0的快中子与碳核经过两次碰撞后末速度的大小;(2)为计算方便,假设质子、中子的质量均为m,若一个气核与一个速度大小相等的氚核发生对心碰撞,达到核力作用范围,不计周围粒子影响,反应前气核的动能至少为多大?(计算结果保留三位有效数字)

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