第四章 第六节 第七节

第六节

核能利用第七节

小粒子与宇宙[习目标]

1.了裂变反应堆的工作原理了解核电站和核能利用的优缺点了小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨.一、核反应堆及核电站1.核站是利用核能发电，它的心设施是反应堆，核反应堆是人工控制链式反应的装置，它主要由以下几部分组成：燃料：铀棒减速剂：铀235容捕获慢中子生反应，采用石墨、重水作减速剂；控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度2.工原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升3.能输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却4.核染的防护与处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层来蔽裂变产物放出的各种射线核料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，埋入深地层来处.[学即]判下列说法的正.核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速.√)核反应堆用过的核废料无毒无.×)二、小粒子和大宇宙1.从粒子到大宇—空间跨对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模.大爆炸宇宙模型：大约150亿前突然发生一次大爆炸，其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等，经年演化成今天的宇宙世(3)人所能研究的物质世界的空间尺度：约从1015m272.从子寿命到宇宙年—时跨度

，共跨越了约42数量级(1)宇的年龄的数量级10

s.(2)微粒子的最短寿命10

s.1页(3)物世界的时间尺度：约从10

s到10

，跨越了将近43个量级一、核反应堆与核电站1.核应堆的主要部件及作用如表：项目

部件名称

减速剂

控制棒

热循环介质

保护层采用的材料作用

石墨、重水或普通水(叫轻水降低中子速度，便于铀235吸

镉吸收中子，控制反应速度

水或液态的金属钠把反应堆内的热量传输出去

很厚的水泥外壳屏蔽射线，防止放射性污染2.核站发电的优点消耗的核燃料少作为核燃料的铀在地球上可采储量大，所能提供的能量.(3)对境的污染要比火力发电.例2页1应堆的下列说法中正确的()

如图是中子反应堆的示意图对该反图1铀容吸收快中子后发生裂反应快中子跟减速剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘而引起裂变反应控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案解析235235ACD.二、粒子的分类和夸克模型1.粒的分类分类

参与的相互作用

发现的粒子

备注强子有内部结构“强子

参与强相互作用

质子、中子、介子、超子

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

未发现内部结构3页中微子、子τ子微子光子、中间玻色子、胶子媒介子

传递各种相互作用

光子、中间玻色子、胶子

分别传递电磁、弱、强相互作用2.夸模型夸克的提出年国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型为子是由夸克构成的夸克的种类：上夸克u)、夸克d)、奇异夸克、夸克、底夸(和夸克t).21(3)夸所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的＋或.例如，332e上夸克带的电荷量为＋，夸带的电荷量为－33(4)意：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电.例2

目前普遍认为，质子和中子都是由被称为4页33310ππ33310ππ2u夸和夸的两类夸克组成.夸克带电荷量为夸带电荷量为－e为电荷，33下列论断中可能正确的是)质子由1个u夸和2个夸克成，中子由1个u克和2个夸组成质子由2个夸和1个d夸组成，中子由个u克和2个d夸组成质子由1个夸和2个d夸组成，中子由个u克和1个d夸组成质子由2个u夸和1个夸克成，中子由2个u克和1个夸组成答案221解析H×n.1.(核反应堆的理解关核反应堆，下列说法正确的()A.铀是燃料，裂变时释放核能C.石的作用是吸收中子

B.棒的作用是控制反应堆的功率D.冷剂作用是控制反应堆的温度和输出热能答案ABD解析AB.2.(链式反应的认识链反应中，重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子()A.质中子C.β粒D.α粒答案解析235.3.(基本粒子的理解若介介都是由一个夸(夸u或克d)和一个反夸(夸克u或反夸克d组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为电荷粒子

u

d

u

d带电荷量

＋

－

＋

e

－

e3

－

e

＋

e3(1)按简单的组成π

介子由谁和谁组成？(2)按简单的组成π介子由谁和谁组成？答案

(1)π介是由夸克u和夸克d组成的5页21122e21122e(2)π子由夸克d反夸克组解析

(1)＋eue3ee3(2)π

ede33

e.4.(核能的计算裂变反应是目前核能利用中常用的反原子U为料的反应堆中当92235U92

俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为235U92

＋

1n0

→

139Xe54

＋

9438

＋1n0235.04391.0087138.917893.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质以子质量位为知1u的量对应的能量为MeV，裂变反应释放出的能量是

答案180解析(235.0431.0087)(138.91793.9153×7)0.19331u931.5MeVΔ931.50.1933MeV180一、选择题～题单选题，～题多选题1.关粒子，下列说法正确的是)电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子强子都是带电的粒子夸克模型是探究三大类粒子结构的理论夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位答案解析AeC.32.中承诺到2020年排放量下降40%～，了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站项目目关于核电站获取能的基本核反应方程可能(235U＋→Sr＋Xe＋1920385406页mv2mpMg＋0111

e＋O＋H7281238→Th＋4922答案解析AβCDα.3.关轻核聚变释放核能，下列法正确的()一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大聚变反应中粒子的平均结合能变小聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大答案4.现科学家们正在设法探寻“物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量荷号相反据有子，它的质量数和电荷数分别()A.－，2C.4,2

B.4－D.4,2答案解析“”.α42.5.K介子衰变的方程为Kπ＋π0其K介子和π

介子是带负电的基元电荷0

介子不带电如1所的个

介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中轨迹为圆弧，变后产生的

介子的轨迹为圆弧PB，轨迹在P点切，它们的半径

K

与

π

之比为2∶0A.1∶C.1∶

介子的轨迹未画由可知的量大小0图1B.12D.1∶

的动量的大小之比为)答案解析－π

BqRR

∶∶RK

∶0

π7页112112030123012n0THe2p

K

π

p

π

p

π

∶

π

∶AD.6.在次核反应中1个核和1氚核结合生成1个核，则下列说法中正确的)A.这一聚变反应B.核应方程式2H＋H→1n1120目前核电站都采用上述核反应发电该核反应没有质量亏损答案解析1112H3H→1nBC7.日福岛第一核电站在地震后数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应但啸摧毁了机组的冷却统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危.则列说法正确的()控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大核泄漏中放射性物质对人类是有害的答案ABD解析ABD.二、非选择题8.一原来静止的锂核6俘获一个速度为7.7×4的中子后，生成一个氚核和一个氦3核，已知氚核的速度大小为1.0×10，向与中子的运动方向相反试写出核反应方程；求出氦核的速度大小答案解析

6Li＋3H＋×104m/s6Li→H4(2)m8页n0T12UKrnn0T12UKrnUBaKrn9292ΔE92UmmmHe

2.0×4m/s.9.在有能源中核能具有能量密大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能核应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应出大量核.(1)核应方程式＋→＋Kr31n是反应堆中发生的许多核反应中的一种，以9200m、、分别表示、Ba、Kr的量m、分表示中子、质子的质量c为UBa92np光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝

.(2)有座发电能力为＝×6kW的电站，核能转化为电能的效率η＝假反应堆中发生的裂变反应全是本题