第四章第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙學習目標1.了解裂變反應堆的工作原理.2.了解核電站和核能利用的優(yōu)缺點.3.了解小粒子和大宇宙間的空間跨度和時間跨度.內(nèi)容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究一、核反應堆及核電站一、核反應堆及核電站1.核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是 ，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料： .(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應，采用 、重水或普通水作減速劑；(3)控制棒：采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘 的能力很強的特性，控制鏈式反應的速度.2.工作原理核燃料 釋放能量，使反應區(qū)溫度升高.反應堆鈾棒石墨吸收中子裂變3.能量輸出利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外 ，把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應堆冷卻.4.核污染的處理在反應堆的外面需要修建很厚的 ，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線.核廢料具有很強的 ，需要裝入特制的容器，_來處理.循環(huán)流動水泥層放射性埋入深地層即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)核反應堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度.()(2)核反應堆用過的核廢料無毒無害.()二、小粒子和大宇宙二、小粒子和大宇宙1.“基本粒子”不基本(1)直到19世紀末，人們都認為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒，后來人們發(fā)現(xiàn)了光子、電子、 、 ，并把它們叫做“基本粒子”.(2)隨著科學的發(fā)展，科學們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上_ 組成的，并發(fā)現(xiàn) 、 等本身也有復雜結(jié)構(gòu).2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：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介子和介子及以后的超子等.(2)粒子的分類：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類：強子、輕子和媒介子.質(zhì)子中子基本粒子質(zhì)子中子3.夸克模型的提出1964年美國物理學家蓋爾曼提出了強子的夸克模型，認為強子是由_ 構(gòu)成的.4.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、脈沖星、超新星、黑洞以及被稱作類星體的遙遠發(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 ，共跨越了約42個數(shù)量級.夸克大爆炸1015 m1027 m5.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 s1018 s43題型探究一、核反應堆與核電站1.核反應堆的主要部件及作用如下表： 部件 名稱項目減速劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)的金屬鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應速度把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2.核電站發(fā)電的優(yōu)點(1)消耗的核燃料少.(2)作為核燃料的鈾在地球上可采儲量大，所能提供的能量大.(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小.例例1如圖1是慢中子反應堆的示意圖，對該反應堆的下列說法中正確的是A.鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應B.快中子跟減速劑的原子核碰撞后的能量減少， 變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起 裂變反應C.控制棒由鎘做成，當反應過于激烈時，使控制 棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈式反 應的速度就會慢一些D.要使裂變反應更激烈一些，應使控制棒插入深一些，使大量快中子碰 撞控制棒后變成慢中子，鏈式反應的速度就會快一些解析答案圖1解析解析快中子容易與鈾235擦肩而過，快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應，選項B正確，A錯誤；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強，當反應過于激烈時，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，選項C、D都錯誤.二、粒子的分類和夸克模型1.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強子參與強相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強子又可分為介子和重子輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強相互作用2.夸克模型(1)夸克的提出：1964年美國物理學家蓋爾曼提出了強子的夸克模型，認為強子是由夸克構(gòu)成的.(2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t).(3)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分數(shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的 或 .例如，上夸克帶的電荷量為 ，下夸克帶的電荷量為 .(4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分數(shù)電荷.例例2目前普遍認為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的.u夸克帶電荷量為 ，d夸克帶電荷量為 ，e為元電荷，下列論斷中可能正確的是 A.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成解析答案達標檢測1.(多選)關(guān)于核反應堆，下列說法正確的是 A.鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能解析答案1234解析解析鈾棒是核燃料，裂變時可放出能量，故A正確；鎘棒吸收中子的能力很強，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度，即控制反應堆功率，故B正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速，石墨的作用是使中子減速，故C錯誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應堆冷卻，控制溫度，故D正確.12342.鏈式反應中，重核裂變時放出的可使裂變不斷進行下去的粒子是 A.質(zhì)子 B.中子 C.粒子 D.粒子1234解析答案解析解析在重核的裂變中，鈾235需要吸收一個慢中子后才可以發(fā)生裂變，所以重核裂變時放出的可使裂變反應不斷進行下去的粒子是中子.3.若介子、介子都是由一個夸克(夸克 或夸克 )和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷.答案解析1234(1)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？粒子ud帶電荷量ee答案答案介子是由夸克u和 反夸克組成的解析解析介子帶有e的電荷量，且是由一個夸克和一個反夸克組成的，夸克u帶 和反夸克 帶 合成電荷量為e.(2)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？答案解析1234答案答案介子由夸克d和反夸克 組成解析解析介子帶有e的電荷量，是由一個夸克和一個反夸克組成的，夸克d帶 和反夸克 帶 合成電荷量為e.4.裂變反應是目前核能利用中常用的反應，以原子核 為燃料的反應堆中，當 俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應可以有多種方式，其中一種可表示為答案解析1234235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反應方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)，已知1 u的質(zhì)量對應的能量為931.5 MeV，此裂變反應釋放出的能量是_ MeV.1801234解析解析此裂變反應的質(zhì)量虧損為：(235.043 91.008 7) u(138.917 893.915 431.008 7) u0.193 3 u，由于1 u的質(zhì)量對應的能量為931.5 MeV，E931.50.193 3 MeV180 MeV.