粤教修选修3-5同步课件资料：2018版 第4章 第6节　核能利用 第7节　小粒子与大宇宙

1、第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是核反应堆(重点)2.知道核电站的工作模式，了解核能的利用(重点)3.了解宇宙及恒星的演化.反应堆核电站1核反应堆 (1)核反应堆是人工控制链式反应的装置(2)减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的减速剂有石墨、重水和普通水(3)控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒(4)能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环

2、流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电2核电站及核能利用(1)核能发电的效益一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗煤250万吨(2)核能的利用核能发电把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素(3)核污染的处理为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理1控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的()2核

3、裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的()3核电废料难以处理，对环境的污染比火电大()1核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？【提示】控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度2减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？【提示】减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率1核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：部件名称减速剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠

4、很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图461为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%4%)制成，石墨(重水)为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围反应堆示意图图461(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度(

5、3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面3核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大(3)对环境的污染要比火力发电小1(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是() 【导学号：55272144】A铀棒是核燃料，裂变时释放核能B镉棒的作用是控制反应堆的功率C铀棒的作用是控制反应堆的功率D石墨的作用是吸收中子【解析】铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，

6、作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误【答案】AB2原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、_、_、控制调节系统【解析】核反应堆的主要部分包括：燃料，即浓缩铀235；减速剂，采用石墨、重水和普通水；控制棒，控制链式反应的速度；冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电【答案】减速剂冷却系统3每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是2

7、00 MeV)【解析】一昼夜消耗的铀所能产生的核能为E2006.0210231061.61019 J1.81013 J，电功率P W5.2107 W.【答案】5.2107 W1核电站释放的核能是n个核反应释放核能积累的结果EnE，Emc2，nNA.2发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E电E.小粒子与大宇宙1人类目前能够观测到的最大距离约为140亿光年之远2对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型，目前普遍被大家接受的模型是大爆炸宇宙模型3人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从1015m到1027m，共跨越了约42个数量级4从宇宙大爆炸到现在，以秒为单位，宇宙

8、年龄的数量级约为1018s.5目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有1025s.6物质世界的时间尺度：约从1025s到1018s，也跨越了将近43个数量级1质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子()2强子是参与强相互作用的粒子()3宇宙将一直会膨胀下去()为什么说基本粒子不基本？【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的1新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子子K介子与介子超子基本特点质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反比质子的质量小质量介

9、于电子与核子之间其质量比质子大2.粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子未发现内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用3.夸克的分类夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的或.每种夸克都有对应的反夸克4两点提醒(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子(2

10、)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子4关于粒子，下列说法正确的是() 【导学号：55272145】A电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B强子中没有带电的粒子C夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位【解析】由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为e和，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确【答案】D5在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子

11、放出中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子Hne.可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_(填写选项前的字母)A0和0B0和1C1和0 D1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子()，即ee2.已知正电子和电子的质量都为9.11031 kg，反应中产生的每个光子的能量约为_J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小【解析】(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A正确(2)产生的能量是由于质