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

1、,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.(

2、),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,1015 m,1027 m,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

3、： . (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.,1018 s,1025 s,1025 s,1018 s,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

4、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,

5、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

6、,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,1,2,3,4,235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4 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，此裂变反应释放出的能量是_ MeV.,180,1,2,3,4,解析 此裂变反应的质量亏损为： (235.043 91.008 7) u(138.917 893.915 431.008 7) u0.193 3 u， 由于1 u的质量对应的能量为931.5 MeV， E931.50.193 3 MeV180 MeV.,

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