2021-2022高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3-5課件：4-6,4-7 核能利用 小粒子與大宇宙

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1、第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙 目標定位1.了解裂變反應堆的工作原理.2.了解核電站和核能利用的優(yōu)缺點.3.了解小粒子和大宇宙間的空間跨度和時間跨度 一、反應堆1核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置它主要由以下幾部分組成：(1)燃料： ；(2)減速劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應，采用 、 作減速劑；(3)控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法減少中子的數(shù)目，采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘 的特性，就可以容易地控制鏈式反應的速度鈾棒石墨重水吸收中子強 2工作原理：核燃料 釋放的能量，使反應區(qū)溫度升高3能量輸出：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內、外 ，把反應堆內的熱量傳輸出去，用

2、于發(fā)電4核污染的處理：修建很厚的 ，用來屏蔽裂變反應放出的各種射線，核廢料具有很強的 ，需要裝入特制的容器， 裂變循環(huán)流動水泥層放射性埋入深地層來處理 二、核電站、核能利用1核電站利用反應堆工作時釋放的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，這就是核電站2核能利用(1) ；(2) ；(3)原子核物理實驗制造各種放射性同位素核力發(fā)電核動力 三、小粒子與大宇宙1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、脈沖星、超新星、黑洞以及被稱作類星體的遙遠發(fā)光體等，經(jīng)歷150億年演化成今天的宇宙世界(2)人類所能研究的物質世界的空間尺度：約從 到 ，共跨

3、越了約42個數(shù)量級大爆炸1015 m10 27 m 2從粒子壽命到宇宙年齡時間跨度(1)宇宙的年齡的數(shù)量級： .(2)微觀粒子的最短壽命： .(3)物質世界的時間尺度：約從 到 ，跨越了將近 個數(shù)量級1018 s1025 s1025 s 1018 s43 預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3 一、核反應堆裂變反應堆是核電站的心臟，它是一種人工控制鏈式反應的裝置，可以使核能較平緩地釋放出來，裂變反應堆的結構和工作原理如下表：組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾(U)提供核燃料慢化劑(減速劑)石墨、重水和普通水使裂變產(chǎn)生的快中子減速 控制棒鎘吸收減速后的中子，控制反

4、應速度反射層石墨阻止中子逃逸熱交換器水產(chǎn)生高溫蒸汽，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電防護層金屬套和鋼筋混凝土防止射線對人體及其他生物體的侵害 答案見解析 借題發(fā)揮(1)中子與靶核碰撞過程中滿足動量守恒、能量守恒(2)因為靶核的質量大于中子的質量，故靶核的質量比中子的質量大得越少，減速效果越好，如質量相等時可以使中子的速度減為零 針對訓練1在核反應中，控制鈾235核裂變反應速度的方法是()A使用濃縮鈾B改變鈾塊的臨界體積C通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變中子數(shù)D利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度答案C解析控制核反應的速度是靠調節(jié)中子數(shù)目來實現(xiàn)，即用鎘棒吸收中子改變中子數(shù)目 二、核電站的工作原理核

5、電站是利用緩慢釋放的核能來發(fā)電的，這是核能的和平利用，因此核電站是可控的鏈式反應鈾235裂變需要一定的條件：(1)要有足夠濃度的鈾235；(2)要有足夠數(shù)量的慢中子；(3)鈾塊的體積要大于臨界體積當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀，核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得核由于質子間的斥力作用而不能恢復原狀，這樣就分裂成幾塊，同時放出23個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈式反應 原子彈中裂變一旦開始，裂變放出的快中子，又引起其他鈾核裂變的速度很快，在極短的時間內釋放大量的

6、能量，因此殺傷力強大在核電站中，核反應堆是熱源，如圖1為簡化的核反應堆的示意圖：圖1 鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%4%)制成石墨(或重水)為減速劑，使反應生成的快中子變?yōu)槁凶?，利于?35吸收，發(fā)生裂變，減速劑附在鈾棒周圍鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度，所以也叫控制棒控制棒插入深些，吸收中子多，反應速度變慢，插淺一些，吸收中子少，反應速度加快采用電子儀器自動地調節(jié)控制棒的升降，就能使反應堆安全正常地工作 (2)有一座發(fā)電能力為P1.00106 kW的核電站，核能轉化為電能的效率40 %.假定反應堆中發(fā)生的裂變反應全是本題(1)中的核反應，已知每次核反應過程中放出的核

7、能E2.781011 J，鈾核的質量m U3901027 kg，求每年(1年3.15107 s)消耗的U的質量 三、對粒子的認識【例3】正電子、負質子等都屬于反粒子，它們跟普通電子、質子的質量、電量均相等，而電性相反科學家設想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構成的物質反物質.1997年初和年底，歐洲和美國的科研機構先后宣布：他們分別制造出9個和7個反氫原子，這是人類探索反物質的一大進步，你推測反氫原子的結構是 ()A由一個帶正電荷的質子與一個帶負電荷的電子構成B由一個帶負電荷的質子與一個帶正電荷的電子構成C由一個不帶電荷的中子與一個帶負電荷的電子構成 D由一個帶負電荷的質子與一個帶負電荷的電子構成答案B 解析反氫原子的結構是由反粒子構成的物質，正電子、負質子等都屬于反粒子