高中物理 第四章 原子核 第六节 核能利用 第七节 小粒子与大宇宙同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第四章 第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙 学习目标1 了解裂变反应堆的工作原理 2 了解核电站和核能利用的优缺点 3 了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核反应堆及核电站 1 核电站是利用核能发电 它的核心设施是 它主要由以下几部分组成 1 燃料 2 慢化剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 重水或普通水作减速剂 3 控制棒 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉的能力很强的特性 控制链式反应的速度 2 工作原理核燃料释放能量 使反应区温度升高 反应堆 铀棒 石墨 吸收中子 裂变 3 能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 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 核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 核废料具有很强的 需要装入特制的容器 来处理 循环流动 水泥层 放射性 埋入深地层 判断下列说法的正误 1 核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度 2 核反应堆用过的核废料无毒无害 二 小粒子和大宇宙 1 基本粒子 不基本 1 直到19世纪末 人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒 后来人们发现了光子 电子 并把它们叫做 基本粒子 2 随着科学的发展 科学们发现了很多的新粒子并不是由以上 组成的 并发现 等本身也有复杂结构 2 发现新粒子 1 新粒子 1932年发现了正电子 1937年发现了 子 1947年发现了k介子和 介子及以后的超子等 2 粒子的分类 按照粒子与各种相互作用的关系 可将粒子分为三大类 强子 轻子和媒介子 质子 中子 基本粒子 质子 中子 3 夸克模型的提出1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型 认为强子是由 构成的 4 从小粒子到大宇宙 空间跨度 1 大爆炸宇宙模型 大约150亿年前突然发生一次 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 经历150亿年演化成今天的宇宙世界 2 人类所能研究的物质世界的空间尺度 约从到 共跨越了约42个数量级 夸克 大爆炸 10 15m 1027m 5 从粒子寿命到宇宙年龄 时间跨度 1 宇宙的年龄的数量级 2 微观粒子的最短寿命 3 物质世界的时间尺度 约从到 跨越了将近个数量级 1018s 10 25s 10 25s 1018s 43 题型探究 一 核反应堆与核电站 1 核反应堆的主要部件及作用如下表 2 核电站发电的优点 1 消耗的核燃料少 2 作为核燃料的铀在地球上可采储量大 所能提供的能量大 3 对环境的污染要比火力发电小 例1如图1是慢中子反应堆的示意图 对该反应堆的下列说法中正确的是a 铀235容易吸收快中子后发生裂变反应b 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俘获而引起裂变反应c 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d 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 解析 答案 图1 解析快中子容易与铀235擦肩而过 快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少 变成慢中子 慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应 选项b正确 a错误 控制棒由镉做成 镉吸收中子的能力很强 当反应过于激烈时 使控制棒插入深一些 让它多吸收一些中子 链式反应的速度就会慢一些 选项c d都错误 二 粒子的分类和夸克模型 1 粒子的分类 2 夸克模型 1 夸克的提出 1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型 认为强子是由夸克构成的 2 夸克的种类 上夸克 u 下夸克 d 奇异夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 和顶夸克 t 3 夸克所带电荷 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 上夸克带的电荷量为 下夸克带的电荷量为 4 意义 电子电荷不再是电荷的最小单位 即存在分数电荷 例2目前普遍认为 质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的 u夸克带电荷量为 d夸克带电荷量为 e为元电荷 下列论断中可能正确的是a 质子由1个u夸克和2个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成b 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成c 质子由1个u夸克和2个d夸克组成 中子由2个u夸克和1个d夸克组成d 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由2个u夸克和1个d夸克组成 解析 答案 达标检测 1 多选 关于核反应堆 下列说法正确的是a 铀棒是核燃料 裂变时释放核能b 镉棒的作用是控制反应堆的功率c 石墨的作用是吸收中子d 冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 解析 答案 1 2 3 4 解析铀棒是核燃料 裂变时可放出能量 故a正确 镉棒吸收中子的能力很强 作用是调节中子数目以控制反应速度 即控制反应堆功率 故b正确 慢中子最容易引发核裂变 所以在快中子碰到铀棒前要进行减速 石墨的作用是使中子减速 故c错误 水或液态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 控制温度 故d正确 1 2 3 4 2 链式反应中 重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是a 质子b 中子c 粒子d 粒子 1 2 3 4 解析 答案 解析在重核的裂变中 铀235需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变 所以重核裂变时放出的可使裂变反应不断进行下去的粒子是中子 3 若 介子 介子都是由一个夸克 夸克或夸克 和一个反夸克 反夸克或反夸克 组成的 它们的带电荷量如表所示 表中e为元电荷 答案 解析 1 2 3 4 1 按最简单的组成 介子由谁和谁组成 答案 介子是由夸克u和反夸克组成的 解析 介子带有 e的电荷量 且是由一个夸克和一个反夸克组成的 夸克u带和反夸克带合成电荷量为e 2 按最简单的组成 介子由谁和谁组成 答案 解析 1 2 3 4 答案 介子由夸克d和反夸克组成 解析 介子带有 e的电荷量 是由一个夸克和一个反夸克组成的 夸克d带和反夸克带合成电荷量为 e 4 裂变反应是目前核能利用中常用的反应 以原子核为燃料的反应堆中 当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 答案 解析 1 2 3 4 235 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量 以原子质量单位u为单位 已知1u的质量对应的能量为931 5mev 此