粤教物理选修3546核能利用学案

1、4.6 核能利用 学案【学习目标】(1)知道核反应堆和核电站(2)了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型(3)知道核电站的工作模式，了解核能的发展前景【学习重点】核反应堆的工作原理【知识要点】一、 反应堆核反应堆是核电站的心脏它是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓的释放出来其结构如下表：裂变材料(核燃料)一般用浓缩铀(铀235占3一4)，通常做成棒状，置于反应堆的中心部分慢化剂(减速剂)通常用石墨、重水或普通水，其作用是使裂变产生的快中子通过慢化剂而减速，使它容易被铀235吸收控制棒用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反应强度当反应太强时，控制棒能自动插入多吸收些中子；

2、当反应强度不够时，控制棒能自动抽出一些，少吸收一些中子反射层一般用石墨做材料，安放在反应堆中心区周围，阻止中子逃逸热交换器核反应堆中释放的能量大部分转化为热能利用水循环，产生高温高压的蒸汽。从而推动蒸汽轮机带动发电机发电防护层由金属套、防止中予外逸的水层以及l-2 m厚的钢筋混凝土构成，可有效地防止射线对人体及其他生物体的侵害说明：裂变反应堆常见的类型有：重水堆、高温气冷堆、快速中子增殖反应堆等 ；为防止射线泄漏和核废料污染，在反应堆的外面需建很厚的水泥防护层，要对核废料进行特殊密封并深埋于地下深层 二、核电站的工作模式核电站是以核反应堆为能源，产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，其余部分与火力发

3、电厂基本相同如课本图所示，它主要由裂变反应堆、第一回路系统、第二回路系统及其他辅助系统组成三、核能的利用1核武器：如原子弹、氢弹2核电站：除发电外，反应堆还可提供大量中子用来进行各种物理实验，制造各种放射性同位素3核动力：如核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰、核动力太空探测器等【典型例题】例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（ ）A、 B、C、 D、分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。是衰变， 是衰变，是人工转变，只的C选项是重核裂变。解：表示核裂变的是C 例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g

4、铀235完全裂变时产生的能量为8.21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）学生回答： 解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J，每年的发电量W总=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010 J所以，每年消耗的铀的量为：点评：培养学生推理及公式演算的能力。注意速度单位的换算，运算过程中带单位运算。适当进行爱国主义教育。例题3、水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是

5、指 （填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。解析：核能： 因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。 核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献。【达标训练】1. 下列说法错误的是 ( )A原子核分裂成核子时会放出核能B粒子散射实验使人们认识到原子核本身有复杂的结构C根据玻尔的原子理论，在氢原子中，量子数n越大，原子能级的能量也越大D氡222衰变成钋218，半衰期为3.8天，因此200个氡222原子核经过3.8天后剩下90个2.一群处于n=4的激发态的氢原子，向低

6、能级跃迁时，可能发射的谱线为 ( )A 3条 B 4条 C 5条 D 6条3.已知氢原子核外电子的第一条可能轨道半径为rl，此时氢原子的能量为E1，当核外电子在第n条可能轨道上时，有 ( )A 其轨道半径为rn=n2r1B氢原子的能量为En=E1/n2，由此可见n越大，能量越小C氢原子在不同能量状态之间跃迁时，总能辐射出一定波长的光子D氢原子由能量状态En跃迁到能量状态En-1时，其辐射光子的波长为4.某放射性元素，在15h内衰变了全部原子核的7/8，则其半衰期为 ( )A 10h B 7.5h C 5h D 3h5. (钍)经过一系列和衰变，变成 (铅)，下列说法正确的是 ( )A铅核比钍核

7、少8个质子 B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变 D共经过6次衰变和4次衰变6卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用粒子轰击金铂，实验中发现粒子( )A全部穿过或发生很小偏转 B绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C全部发生很大偏转 D绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过7在极短的距离上，核力将一个质子和一个中子吸引在一起形成一个氘核，下述说法中正确的是 ( )A氘核的能量大于一个质子和一个中子能量之和B氘核的能量等于一个质子和一个中子能量之和C氘核的能量小于一个质子和一个中子能量之和D氘核若分裂为一个质子和一个中子时，一定要放出能量8关于质能方程，下列说

8、法正确的是 ( )A人质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的9当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是 ( )A核子结合成原子核时，要放出一定的能量 B原子核分裂成核子时，要放出一定的能量C光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和D光子具有一定的能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和10原子核A经衰变(一次)变成原子核B，原子核B再经衰变(一次)变成原子核C，则下列说法

9、中哪些说法是正确的? ( )A核A的中子数减核C的中子数等于2 B核A的质子数减核C的质子数等于5C原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数少1D核C的质子数比核A的质子数少111氢原子核外电子由一个轨道向另一个轨道跃迁时，可能发生的情况是 ( )A原子吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B原子放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量减少C原子吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增大D原子放出光子，电子的动能增加，原子的电势能减少，原子的能量减少12氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第

10、2能级应发出 ( )AX射线 B红光 C黄光 D紫光13氢原子第一能级是-13.6eV，第二能级是-3.4eV如果一个处于基态的氢原子受到一个能量为11eV的光子的照射，则这个氢原子 ( )A吸收这个光子，跃迁到第二能级，放出多余的能量B吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍高的状态C吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍低的状态D不吸收这个光子14. 处于静止状态的原子核X经历一次衰变后变成质量为M的Y原子核，放出的粒子垂直射人磁感应强度为B的匀强磁场，测得其做圆周运动的半径为r，已知粒子的质量为m，电量为q，设衰变过程中出现的能量全部转化为新核和粒子的动能求此衰变过程亏损的质量15. 核聚变能

11、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，氚原子的质量为，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，.(1)写出氘和氚聚合的反应方程.(2)试计算这个核反应释放出来的能量.(3)若建一座功率为的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按计算，光速，结果取二位有效数字）16.图示为氢原子能级示意图，现有每个电子的动能都是Ee

12、=12.89eV的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰。已知碰撞前一个电子和一个原子的总动量为零。碰撞后，氢原子受到激发，跃迁到n4的能级。求碰撞后一个电子和一个受激氢原子的总动能。已知电子的质量与氢原子的质量之比为。17.如图所示，在半径为r的圆形区域内有磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场区域的边界上有a、 b、c三点，三点与圆心O的连线互成1200角度某时刻静止在b点处的原子核X发生衰变，粒子沿bc连线方向射入磁场，经磁场偏转后恰好由a点射出且与ac连线相切已知粒子的质量为m，电量为2e，剩余核质量为M，衰变过程释放的核能全部转化为动能，求原子核

13、X的质量 18. 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量为2.0136 u，氦核质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u。（1）写出聚变方程，求出释放能量；（2）若反应前两氘核的动能均为0.35 MeV，正面相碰发生反应，且反应中释放的结合能全部变为动能，则反应后氦核和中子的动能各为多少？【达标训练参考答案】12345678910111213ABDDADCABDBCBDADCDCDDD14.解：粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，所以，粒子的动能 X核衰变后生成的新核Y的速度设为u,则依据动量守恒有Mu=mv，所以Y核的动能衰变过程释放的总能量E=E+EM . 释放的能量由衰变过程亏损的质量转化而来，根据质能方程E=mc2，得亏损的质量为15.解：（1） （2） （3）一年中产生的电能发生的核反应次数为 所需氘的质量 16.解：已ve和vH表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率，根据题意有 碰撞前，氢原子与电子的总动能为 解两式并代入数据得 eV 氢原