Question

2011年3月11日，日本發生了地震和海嘯災難，致使福島核電出現核泄漏．為減少放射性污染，電力公司利用“人工浮島”（一個鋼制的空心浮體）儲存放射性污水，該浮體是用8×10⁶kg的鋼板制成的一個外形長140m，寬50m、高3m的空心長方體．問：
（1）為了不使“人工浮島”沉入海底，該浮體最多可以儲存質量為多少千克的放射性污水？（為了計算方便，海水的密度取1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）
（2）請你談談核能發電與火力發電相比的優點和可能帶來的問題．

Answer 1

分析：（1）為了不使“人工浮島”沉入海底，根據物體浮沉條件可知，“人工浮島”所受的浮力不能小于“人工浮島”的總重力．而要求該浮體最多可以儲存質量為多少千克的放射性污水，就需要先求出該浮體能受的最大浮力．當浮體浸沒入水中時（懸浮狀態），所受的浮力是最大的，浮力可根據阿基米德原理來進行計算，計算出最大浮力以后，就知道了“人工浮島”的總重，然后用總重除以g就算出了浮體的總質量，最后用總質量減去浮體自身的質量，就算出了放射性污水的質量；
（2）核能發電的優點：核能發電不像化石燃料發電那樣排放大量的污染物質島空氣中，因此核能發電不會造成空氣污染；核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便；核能發電的成本中，燃料費用所占的比例較低；
缺點：核能電廠會產生放射性廢料；核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害．

解答：解：（1）“人工浮島”恰好浸沒時的排水體積：V_排=140m×50m×3m=2.1×10⁴m³，
“人工浮島”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，
由題意可知，當G_總=F_浮時，“人工浮島”儲存的放射性污水最多，
則“人工浮島”的總質量：m_總=

F浮

g

=

2.1×108N

10N/kg

=2.1×10⁷kg，
儲存放射性污水的質量：m_污水=m_總-m_浮體=2.1×10⁷kg-8×10⁶kg=2.1×10⁷kg-0.8×10⁷kg=1.3×10⁷kg；
（2）核能發電的優點：省燃料，污染小，成本低；
可能帶來的問題：核泄漏（或核輻射、核污染、核廢料）．

點評：本題以世界時事為背景，考查了與物理相關的知識，這類題型在考試中經常出現．