《2021-2022高中創(chuàng)新設(shè)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》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2021-2022高中創(chuàng)新設(shè)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（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙 目標(biāo)定位1.了解裂變反應(yīng)堆的工作原理.2.了解核電站和核能利用的優(yōu)缺點(diǎn).3.了解小粒子和大宇宙間的空間跨度和時間跨度 一、反應(yīng)堆1核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(yīng)，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(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘 的特性，就可以容易地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度鈾棒石墨重水吸收中子強(qiáng) 2工作原理：核燃料 釋放的能量，使反應(yīng)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(yīng)堆內(nèi)、外 ，把反應(yīng)堆內(nèi)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(yīng)放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)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(yīng)堆工作時釋放的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電機(jī)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(tuán)、脈沖星、超新星、黑洞以及被稱作類星體的遙遠(yuǎn)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(zhì)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(zhì)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(yù)習(xí)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(yīng)堆裂變反應(yīng)堆是核電站的心臟，它是一種人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置，可以使核能較平緩地釋放出來，裂變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jī)發(fā)電防護(hù)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(zhì)量大于中子的質(zhì)量，故靶核的質(zhì)量比中子的質(zhì)量大得越少，減速效果越好，如質(zhì)量相等時可以使中子的速度減為零 針對訓(xùn)練1在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)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(yīng)的速度是靠調(diào)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?zhǔn)椒磻?yīng)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(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)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(zhì)子間的斥力作用而不能恢復(fù)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(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 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(nèi)釋放大量的

6、能量，因此殺傷力強(qiáng)大在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，如圖1為簡化的核反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速度，所以也叫控制棒控制棒插入深些，吸收中子多，反應(yīng)速度變慢，插淺一些，吸收中子少，反應(yīng)速度加快采用電子儀器自動地調(diào)節(jié)控制棒的升降，就能使反應(yīng)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(zhuǎn)化為電能的效率40 %.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程中放出的核

7、能E2.781011 J，鈾核的質(zhì)量m U3901027 kg，求每年(1年3.15107 s)消耗的U的質(zhì)量 三、對粒子的認(rèn)識【例3】正電子、負(fù)質(zhì)子等都屬于反粒子，它們跟普通電子、質(zhì)子的質(zhì)量、電量均相等，而電性相反科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)反物質(zhì).1997年初和年底，歐洲和美國的科研機(jī)構(gòu)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(zhì)的一大進(jìn)步，你推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是 ()A由一個帶正電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶正電荷的電子構(gòu)成C由一個不帶電荷的中子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 D由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成答案B 解析反氫原子的結(jié)構(gòu)是由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)，正電子、負(fù)質(zhì)子等都屬于反粒子