Question

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）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）
（2）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．

Answer 1

试题分析：（1）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；
（2）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．
（1）“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===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；
（2）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）．
考点：阿基米德原理；物体的浮沉条件及其应用；核能的优点和可能带来的问题
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