高中物理 第四章 原子核 第六節(jié) 核能利用 第七節(jié) 小粒子與大宇宙同步備課課件 粵教版選修35

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1、第四章第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解裂變反應(yīng)堆的工作原理.2.了解核電站和核能利用的優(yōu)缺點(diǎn).3.了解小粒子和大宇宙間的空間跨度和時(shí)間跨度.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究一、核反應(yīng)堆及核電站一、核反應(yīng)堆及核電站1.核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是 ，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料： .(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用 、重水或普通水作減速劑；(3)控制棒：采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘 的能力很強(qiáng)的特性，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度.2.工作原理核燃料 釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高.反應(yīng)堆鈾棒石墨吸收中子裂變3.能量輸出利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體

2、在反應(yīng)堆內(nèi)外 ，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻.4.核污染的處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的 ，用來(lái)屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線(xiàn).核廢料具有很強(qiáng)的 ，需要裝入特制的容器，_來(lái)處理.循環(huán)流動(dòng)水泥層放射性埋入深地層即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)核反應(yīng)堆是通過(guò)調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度.()(2)核反應(yīng)堆用過(guò)的核廢料無(wú)毒無(wú)害.()二、小粒子和大宇宙二、小粒子和大宇宙1.“基本粒子”不基本(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了光子、電子、 、 ，并把它們叫做“基本粒子”.(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由

3、以上_ 組成的，并發(fā)現(xiàn) 、 等本身也有復(fù)雜結(jié)構(gòu).2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了子，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和介子及以后的超子等.(2)粒子的分類(lèi)：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類(lèi)：強(qiáng)子、輕子和媒介子.質(zhì)子中子基本粒子質(zhì)子中子3.夸克模型的提出1964年美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由_ 構(gòu)成的.4.從小粒子到大宇宙空間跨度(1)大爆炸宇宙模型：大約150億年前突然發(fā)生一次 ，其后逐漸誕生出恒星、星團(tuán)、脈沖星、超新星、黑洞以及被稱(chēng)作類(lèi)星體的遙遠(yuǎn)發(fā)光體等，經(jīng)歷150億年演化成今天的宇宙世界.(2)人類(lèi)所能研究的物質(zhì)世界的空間尺

4、度：約從 到 ，共跨越了約42個(gè)數(shù)量級(jí).夸克大爆炸1015 m1027 m5.從粒子壽命到宇宙年齡時(shí)間跨度(1)宇宙的年齡的數(shù)量級(jí)： .(2)微觀(guān)粒子的最短壽命： .(3)物質(zhì)世界的時(shí)間尺度：約從 到 ，跨越了將近 個(gè)數(shù)量級(jí).1018 s1025 s1025 s1018 s43題型探究一、核反應(yīng)堆與核電站1.核反應(yīng)堆的主要部件及作用如下表： 部件 名稱(chēng)項(xiàng)目減速劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)的金屬鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線(xiàn)，防止放射性污染2.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料

5、少.(2)作為核燃料的鈾在地球上可采儲(chǔ)量大，所能提供的能量大.(3)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小.例例1如圖1是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對(duì)該反應(yīng)堆的下列說(shuō)法中正確的是A.鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B.快中子跟減速劑的原子核碰撞后的能量減少， 變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起 裂變反應(yīng)C.控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，使控制 棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒?應(yīng)的速度就會(huì)慢一些D.要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰 撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)快一些解析答案圖1解析解析快中子容易與鈾235擦肩而過(guò)，快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量

6、減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，選項(xiàng)C、D都錯(cuò)誤.二、粒子的分類(lèi)和夸克模型1.粒子的分類(lèi)分類(lèi)參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用2.夸克模型(1)夸克的提出：1964年美國(guó)物

7、理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的.(2)夸克的種類(lèi)：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t).(3)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的 或 .例如，上夸克帶的電荷量為 ，下夸克帶的電荷量為 .(4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷.例例2目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱(chēng)為u夸克和d夸克的兩類(lèi)夸克組成的.u夸克帶電荷量為 ，d夸克帶電荷量為 ，e為元電荷，下列論斷中可能正確的是 A.質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克

8、組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C.質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成解析答案達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說(shuō)法正確的是 A.鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能解析答案1234解析解析鈾棒是核燃料，裂變時(shí)可放出能量，故A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故B正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減

9、速，故C錯(cuò)誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，故D正確.12342.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時(shí)放出的可使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是 A.質(zhì)子 B.中子 C.粒子 D.粒子1234解析答案解析解析在重核的裂變中，鈾235需要吸收一個(gè)慢中子后才可以發(fā)生裂變，所以重核裂變時(shí)放出的可使裂變反應(yīng)不斷進(jìn)行下去的粒子是中子.3.若介子、介子都是由一個(gè)夸克(夸克 或夸克 )和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷.答案解析1234(1)按最簡(jiǎn)單的組成，介子由誰(shuí)和誰(shuí)組成？粒子ud帶電荷量ee答案答案介子是由

10、夸克u和 反夸克組成的解析解析介子帶有e的電荷量，且是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，夸克u帶 和反夸克 帶 合成電荷量為e.(2)按最簡(jiǎn)單的組成，介子由誰(shuí)和誰(shuí)組成？答案解析1234答案答案介子由夸克d和反夸克 組成解析解析介子帶有e的電荷量，是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，夸克d帶 和反夸克 帶 合成電荷量為e.4.裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為答案解析1234235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)，已知1 u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5 MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是_ MeV.1801234解析解析此裂變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為：(235.043 91.008 7) u(138.917 893.915 431.008 7) u0.193 3 u，由于1 u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5 MeV，E931.50.193 3 MeV180 MeV.