人教版物理选修3-5课件第19章第八节.ppt

第八节 粒子和宇宙,课前自主学案,核心要点突破,课堂互动讲练,课标定位,知能优化训练,第八节,课标定位 学习目标：1.知道什么是裂变、什么是聚变，了解裂变和聚变的特点 2知道链式反应，并能计算裂变释放的核能 3会写出聚变反应方程并能计算聚变释放的核能 4了解基本粒子、夸克模型及宇宙的演化 重点难点：裂变、聚变释放的核能的计算,课前自主学案,中子,临界体积,二、核电站 1工作原理 现以压水式反应堆核电站为例，讨论电站的工作原理，压水式反应堆核电站包括：压水堆本体，由蒸汽发生器、称压器、主泵构成的一回路系统，二回路系统，汽轮发电机组以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统，回路系统是蒸汽供应系统，将反应堆释放的内能，由冷却剂带到蒸汽发生器中，产生蒸汽；二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电系统基本相同,2核燃料：目前核电站反应堆以_为燃料 3_是核电站的心脏，它是一种用人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：,裂变反应堆,较大,很高温度,多,4太阳内部和许多恒星内部，温度高达107K以上，其反应就是_反应的实例 四、受控热核反应 聚变与裂变相比有很多优点，第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全、清洁,热核,五、粒子和宇宙 1“基本粒子”不基本 在19世纪末，人们认为光子、_、_和_是组成物质的不可再分的最基本的粒子，20世纪后半期，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再“基本” 2发现新粒子 (1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现子，1947年发现K介子和介子；以后又发现了质量比质子大的叫做_,电子,质子,中子,超子,(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质_的粒子，叫做反粒子例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子等 (3)粒子分类：按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类：_、轻子和_ 3夸克模型 (1)什么是夸克：强子(质子、中子)有着自己复杂的结构，它们有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克,相反,强子,媒介子,下夸克,底夸克,电子电荷,自由的状态单个出现,4宇宙的演化：宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙_理论,大爆炸,5恒星的演化 恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成_，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星，会演变成_；更大质量的恒星，会演变成“_”,白矮星,中子星,黑洞,核心要点突破,一、链式反应 1对链式反应的理解：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核复核中由于核子的激烈运动，使复核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得复核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出28个中子；这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能这样叫链式反应，如图1961所示,图1961,2链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积 (2)铀块的质量大于临界质量 以上两个条件满足一个即可,即时应用(即时突破，小试牛刀) 1关于铀核裂变，下述说法中正确的是( ) A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B铀核裂变时还能同时释放23个中子 C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235 D铀块的体积对产生链式反应无影响,解析：选BC.铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积故上述选项B、C正确,聚变的条件是，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温，剧烈的热运动使轻核聚合放出更大的能量聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去,2聚变比裂变反应放出更多能量的原因 平均每个核子放能较多，是裂变反应的34倍如一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量17.6 MeV，平均每个核子放出能量约3.5 MeV；而铀235裂变时，平均每个核子放出能量为1 MeV.,即时应用(即时突破，小试牛刀) 2关于聚变，以下说法中正确的是( ) A两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量 B同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能,解析：选BD.两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故A错误聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B正确裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到1015 m，故要求足够大的动能克服原子核间的斥力做功，故C错，D正确,课堂互动讲练,在所有能源中核能具有能量密度大、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反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能,反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，求此裂变反应过程中， (1)亏损质量为原子质量单位的多少倍？ (2)释放出的能量是多少？ (3)平均每个核子释放的能量有多大？,答案：(1)0.1933 (2)180 MeV (3)0.766 MeV,核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源近几年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子若已知氘原子的质量为2.0141 u，氚原子的质量为3.0160 u，氦原子的质量为4.0026 u，中子的质量为1.0087 u,1 u1.661027kg.,(1)写出氘和氚聚变的反应方程； (2)试计算这个核反应释放出来的能量； (3)若建一座功率为3.0105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗的氘的质量？(一年按3.2107 s计算，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字),【方法总结】 (1)在任何核反应中，质量数和电荷数均保持守恒，这是我们确定核反应方程的理论基础 (2)核能的计算主要是利用质能方程，在计算过程中，对核反应方程一定要配平后再