歡迎進(jìn)入物理課堂 第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙 課前自主學(xué)案 核心要點(diǎn)突破 課標(biāo)定位 課堂互動(dòng)講練 第六節(jié)第七節(jié) 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道什么是反應(yīng)堆 了解反應(yīng)堆的工作原理 2 知道什么是核電站 了解我國核電站的發(fā)展 3 了解物質(zhì)世界的時(shí)間跨度和空間跨度 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 反應(yīng)堆 核電站 2 反應(yīng)堆的工作原理 課前自主學(xué)案 一 反應(yīng)堆1 受控?zé)岷朔磻?yīng)是人類對 能量的利用 2 核反應(yīng)堆的建造是人類對 能量的利用 3 核反應(yīng)堆是 的裝置 核聚變 核裂變 人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 核反應(yīng)堆用 或 制成鈾棒作為核燃料 用 作為減速劑使中子減速 為調(diào)節(jié)中子數(shù)以控制反應(yīng)速度需用 作為控制棒 為控制反應(yīng)堆的溫度 需要用 等流體作為冷卻 劑在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng) 不斷帶走熱能 同時(shí)可以用來輸出熱能加以利用 在反應(yīng)堆外面修建很厚的 來屏蔽射線 將放射性廢料裝入特制的容器 埋入地層深處來處理 天然鈾 濃縮鈾 石墨 重水 鎘棒 水 液體金屬鈉 水泥防護(hù)層 思考感悟?yàn)槭裁匆罅Πl(fā)展核能 圖4 6 1為廣東大亞灣核電站 圖4 6 1 提示 地球上的常規(guī)能源 煤 石油 天然氣 正在日益枯竭 核能是人類今后能源發(fā)展的重點(diǎn)之一 國家能源局局長張國寶透露 截至2009年年底 我國核電已建成運(yùn)行11個(gè)反應(yīng)堆 新核堆14臺(tái) 核堆在建機(jī)組24臺(tái) 是目前世界上核電在建規(guī)模最大的國家 二 核電站核能利用1 核電站 利用反應(yīng)堆工作時(shí)釋放出的熱能使水汽化以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電 2 核能利用 發(fā)電 制造核動(dòng)力潛艇 核動(dòng)力破冰船 核動(dòng)力航空母艦 進(jìn)行原子核物理實(shí)驗(yàn) 制造各種放射性同位素 三 從小粒子到大宇宙 空間跨度人類目前所能研究的物質(zhì)世界的空間尺度 約從 到 共跨越了大約42個(gè)數(shù)量級 四 從粒子壽命到宇宙年齡 時(shí)間跨度物質(zhì)世界的時(shí)間尺度 約從 到 也跨越了將近43個(gè)數(shù)量級 10 15m 1027m 10 25s 1018s 核心要點(diǎn)突破 一 反應(yīng)堆核電站1 核電站的工作原理原子彈爆炸時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是無法控制的 為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度 使核能比較平緩地釋放出來 人們制成了核反應(yīng)堆 核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置 核電站的核心是核反應(yīng)堆 其主要組成部分及各部分作用如下 1 核燃料 反應(yīng)堆使用濃縮鈾 鈾235占3 4 制成鈾棒作為核燃料 釋放核能 2 減速劑 用石墨 重水和普通水 使裂變中產(chǎn)生的中子減速 以便被鈾235吸收 3 控制棒 由吸收中子能力很強(qiáng)的鎘制成 用以控制反應(yīng)速度 4 水泥防護(hù)層 反應(yīng)堆外層是很厚的水泥壁 可防止射線輻射出去 5 熱交換器 靠水或液態(tài)金屬鈉在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流動(dòng) 把產(chǎn)生的熱量傳輸出去 2 核電站與火電站相比的優(yōu)缺點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn) 核電站消耗的燃料很少 作為核燃料的鈾 釷等在地球上的可采儲(chǔ)量很大 火電站燒煤要放出很多污染物 而核電站放出的污染物要少得多 2 缺點(diǎn) 一旦核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的核污染 核廢料處理比較困難 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 單選 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(dòng)控制裝置 改變鎘棒插入的深度 以改變反應(yīng)堆中的中子數(shù)目D 利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度 解析 選C 控制核反應(yīng)堆中核反應(yīng)的速度是靠調(diào)節(jié)中子數(shù)來實(shí)現(xiàn)的 二 揭秘粒子世界1 粒子世界 1 電子 質(zhì)子和中子直到19世紀(jì)末 人們都認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒 后來發(fā)現(xiàn)了電子 質(zhì)子和中子 隨著科學(xué)家們的研究逐步發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子 它們都不是由質(zhì)子 中子 電子組成的 又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子 中子等本身是復(fù)合粒子 并且還有著自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu) 所以電子 質(zhì)子 中子并不是組成物質(zhì)世界的基本粒子 2 新粒子從20世紀(jì)30年代以來 人們在對宇宙射線觀測時(shí) 發(fā)現(xiàn)了一些新粒子 宇宙射線中粒子的能量很高 但數(shù)量很少 人們用高能加速器進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)了更多的粒子 如1932年發(fā)現(xiàn)了正電子 1937年發(fā)現(xiàn)了 子 1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和 介子 2 粒子的分類按照粒子與各種相互作用的關(guān)系 可以將粒子分為三大類 強(qiáng)子 輕子和媒介子 1 強(qiáng)子 強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子 質(zhì)子 中子 介子和超子都屬于強(qiáng)子 其中質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子 2 輕子 輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子 到現(xiàn)在為止 共發(fā)現(xiàn)6種輕子 它們是 電子 電子中微子 子 子中微子 子 子中微子 其中最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子 3 媒介子 媒介子是傳遞各種相互作用的粒子 如光子 中間玻色子 膠子 光子傳遞電磁相互作用 中間玻色子 W Z 傳遞弱相互作用 膠子傳遞強(qiáng)相互作用 特別提醒 根據(jù)粒子參與的相互作用進(jìn)行分類 而不是根據(jù)粒子質(zhì)量 如 子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大 但從力的性質(zhì)分析它仍屬于輕子 3 反粒子許多粒子都存在著質(zhì)量與其相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)與其相反的粒子 這些粒子叫做反粒子 特別提醒 1 電子的反粒子是正電子 質(zhì)子的反粒子是反質(zhì)子 2 粒子和它的反粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 單選 關(guān)于粒子 下列說法中正確的是 A 光子 電子 質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子B 質(zhì)量比核子大的粒子都參與強(qiáng)相互作用C 強(qiáng)子 輕子 媒介子都由更基本的粒子夸克組成D 許多粒子都存在反粒子 解析 選D 質(zhì)子 中子本身有復(fù)雜結(jié)構(gòu) A錯(cuò)誤 子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大 但它屬于輕子 不參與強(qiáng)相互作用 B錯(cuò)誤 現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu) C錯(cuò)誤 課堂互動(dòng)講練 3 一座發(fā)電能力為P 1 00 106kW的核電站 核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為 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) 所用鈾礦石中鈾235的含量為4 則該核電站一年消耗鈾礦石多少噸 答案 1 200 4MeV 2 5 13 1026MeV2791 8t 3 24t 變式訓(xùn)練每晝夜消耗220g鈾235的原子能發(fā)電站 如果效率為25 它能產(chǎn)生的電功率為多大 每個(gè)鈾核裂變時(shí)放出的能量是200MeV 答案 5 2 107W 圖4 6 2 圖4 6 3 精講精析 每個(gè)夸克均受到其余兩個(gè)夸克的靜電力作用 由對稱性知上夸克受到靜電力的合力向下 右邊下夸克受力如圖4 6 4所示 因圖4 6 4 答案 B 方法總結(jié) 1 夸克具有點(diǎn)狀結(jié)構(gòu) 可利用庫侖定律求出靜電力 2 求兩個(gè)力的合力時(shí) 可先將較大的力正交分解 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全