高中物理选修三5.5核能的利用与环境保护教案2

5.5核能利用与环境保护【学习目标】1、知道什么是反应堆，了解反应堆的工作原理．2、知道什么是核电站，了解我国核电站的发展．【学习重难点】了解物质世界的时间跨度和空间跨度．【教学过程】一、反应堆1．受控热核反应是人类对核聚变能量的利用．2．核反应堆的建造是人类对核裂变能量的利用．3．核反应堆是人工控制链式反应的装置．核反应堆用天然铀或浓缩铀制成铀棒作为核燃料；用石墨、重水作为减速剂使中子减速；为调节中子数以控制反应速度需用镉棒作为控制棒；为控制反应堆的温度，需要用水、液体金属钠等流体作为冷却剂在反应堆内外循环流动，不断带走热能，同时可以用来输出热能加以利用；在反应堆外面修建很厚的水泥防护层来屏蔽射线，将放射性废料装入特制的容器，埋入地层深处来处理．二、核电站核能利用1．核电站：利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电．2．核能利用：发电，制造核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰，进行原子核物理实验，制造各种放射性同位素．三、从小粒子到大宇宙——空间跨度人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了大约42个数量级．四、从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度物质世界的时间尺度，约从10－25s到1018s，共跨越了将近43个数量级．核电站1．核电站是使原子核的链式反应在人工控制下进行，使释放的核能转化为内能，再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能，使核能为人类和平建设服务．2．核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是浓缩铀235，它的主要部件列表如下：慢化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3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦的核电站，一年只消耗浓缩铀30t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤．(2)对环境的污染要比火力发电小．核能的利用与环境保护1．核原料提供的能量巨大，1kg铀全部释放的能量大约相当于2700t标准煤燃烧放出的能量．地球上的一般常规能源都无法跟核能相比．除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔．热核反应所需的氘如前所述更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场．核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护．2．核电站为防止放射性物质的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块滞留裂变产物，外面密封锆合金包壳，第三道是压力边界，第四道是安全壳．这些措施大大提高了核能利用的安全性．对核废料先回收利用，剩下的废料就很少了，将其中低放射性废料进行沥青固化或水泥固化后，储存在地下浅层废料库，对高放射性的废料采用玻璃固化后，埋藏在深层废料库．加之实时监测等措施都降低了对环境污染的可能性．【素养提升】1．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A．夸克、轻子、胶子等粒子B．质子和中子等粒子C．光子、中微子和电子等粒子D．氢核、氚核、氦核等轻核解析：选A.宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，B、C、D的产生都在A之后，因此A正确．2．镉棒在核反应堆中所起的作用是()A．使快中子变成慢中子B．使慢中子变成快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢解析：选D.在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用．镉棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，故D正确．3．秦山核电站第三期工程中有两个6×105kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节eq\o\al(235,92)U的体积来控制的B．eq\o\al(235,92)U的一种可能裂变为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重解析：选B.反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；eq\o\al(235,92)U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错．4．(多选)如图所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则()A．磁场的方向一定垂直于纸面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹D．b为α粒子的径迹，c为β粒子的径迹解析：选BD.由于不知道它们的旋转方向，因而无法判断磁场是向里还是向外，A错；衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R＝eq\f(mv,qB)知半径与电荷量成反比，可知答案为B、D项．5．每昼夜消耗220g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200MeV)解析：一昼夜消耗的铀所产生的核能