第四章 第六節(jié) 第七節(jié)

第六節(jié)

核能利用第七節(jié)

小粒子與宇宙[習(xí)目標(biāo)]

1.了裂變反應(yīng)堆的工作原理了解核電站和核能利用的優(yōu)缺點(diǎn)了小粒子和大宇宙間的空間跨度和時(shí)間跨.一、核反應(yīng)堆及核電站1.核站是利用核能發(fā)電，它的心設(shè)施是反應(yīng)堆，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：燃料：鈾棒減速劑：鈾235容捕獲慢中子生反應(yīng)，采用石墨、重水作減速劑；控制棒：采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子的能力很強(qiáng)的特性，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度2.工原理核燃料裂變釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升3.能輸出利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻4.核染的防護(hù)與處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層來蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線核料具有很強(qiáng)的放射性，需要裝入特制的容器，埋入深地層來處.[學(xué)即]判下列說法的正.核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速.√)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無.×)二、小粒子和大宇宙1.從粒子到大宇—空間跨對宇宙的時(shí)空結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形態(tài)和物質(zhì)演化的理論描述，稱為宇宙模.大爆炸宇宙模型：大約150億前突然發(fā)生一次大爆炸，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)年演化成今天的宇宙世(3)人所能研究的物質(zhì)世界的空間尺度：約從1015m272.從子壽命到宇宙年—時(shí)跨度

，共跨越了約42數(shù)量級(1)宇的年齡的數(shù)量級10

s.(2)微粒子的最短壽命10

s.1頁(3)物世界的時(shí)間尺度：約從10

s到10

，跨越了將近43個(gè)量級一、核反應(yīng)堆與核電站1.核應(yīng)堆的主要部件及作用如表：項(xiàng)目

部件名稱

減速劑

控制棒

熱循環(huán)介質(zhì)

保護(hù)層采用的材料作用

石墨、重水或普通水(叫輕水降低中子速度，便于鈾235吸

鎘吸收中子，控制反應(yīng)速度

水或液態(tài)的金屬鈉把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去

很厚的水泥外殼屏蔽射線，防止放射性污染2.核站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)消耗的核燃料少作為核燃料的鈾在地球上可采儲量大，所能提供的能量.(3)對境的污染要比火力發(fā)電.例2頁1應(yīng)堆的下列說法中正確的()

如圖是中子反應(yīng)堆的示意圖對該反圖1鈾容吸收快中子后發(fā)生裂反應(yīng)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俘而引起裂變反應(yīng)控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些答案解析235235ACD.二、粒子的分類和夸克模型1.粒的分類分類

參與的相互作用

發(fā)現(xiàn)的粒子

備注強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)“強(qiáng)子

參與強(qiáng)相互作用

質(zhì)子、中子、介子、超子

克”構(gòu)成強(qiáng)子又可分為介子和重子輕子

不參與強(qiáng)相互作用

電子、電子中微子、子、子

未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)3頁中微子、子τ子微子光子、中間玻色子、膠子媒介子

傳遞各種相互作用

光子、中間玻色子、膠子

分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用2.夸模型夸克的提出年國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型為子是由夸克構(gòu)成的夸克的種類：上夸克u)、夸克d)、奇異夸克、夸克、底夸(和夸克t).21(3)夸所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的＋或.例如，332e上夸克帶的電荷量為＋，夸帶的電荷量為－33(4)意：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電.例2

目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為4頁33310ππ33310ππ2u夸和夸的兩類夸克組成.夸克帶電荷量為夸帶電荷量為－e為電荷，33下列論斷中可能正確的是)質(zhì)子由1個(gè)u夸和2個(gè)夸克成，中子由1個(gè)u克和2個(gè)夸組成質(zhì)子由2個(gè)夸和1個(gè)d夸組成，中子由個(gè)u克和2個(gè)d夸組成質(zhì)子由1個(gè)夸和2個(gè)d夸組成，中子由個(gè)u克和1個(gè)d夸組成質(zhì)子由2個(gè)u夸和1個(gè)夸克成，中子由2個(gè)u克和1個(gè)夸組成答案221解析H×n.1.(核反應(yīng)堆的理解關(guān)核反應(yīng)堆，下列說法正確的()A.鈾是燃料，裂變時(shí)釋放核能C.石的作用是吸收中子

B.棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率D.冷劑作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能答案ABD解析AB.2.(鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的認(rèn)識鏈反應(yīng)中，重核裂變時(shí)放出的可使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子()A.質(zhì)中子C.β粒D.α粒答案解析235.3.(基本粒子的理解若介介都是由一個(gè)夸(夸u或克d)和一個(gè)反夸(夸克u或反夸克d組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為電荷粒子

u

d

u

d帶電荷量

＋

－

＋

e

－

e3

－

e

＋

e3(1)按簡單的組成π

介子由誰和誰組成？(2)按簡單的組成π介子由誰和誰組成？答案

(1)π介是由夸克u和夸克d組成的5頁21122e21122e(2)π子由夸克d反夸克組解析

(1)＋eue3ee3(2)π

ede33

e.4.(核能的計(jì)算裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反原子U為料的反應(yīng)堆中當(dāng)92235U92

俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為235U92

＋

1n0

→

139Xe54

＋

9438

＋1n0235.04391.0087138.917893.9154反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)以子質(zhì)量位為知1u的量對應(yīng)的能量為MeV，裂變反應(yīng)釋放出的能量是

答案180解析(235.0431.0087)(138.91793.9153×7)0.19331u931.5MeVΔ931.50.1933MeV180一、選擇題～題單選題，～題多選題1.關(guān)粒子，下列說法正確的是)電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子強(qiáng)子都是帶電的粒子夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位答案解析AeC.32.中承諾到2020年排放量下降40%～，了實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)任大國的承諾，我們將新建核電站項(xiàng)目目關(guān)于核電站獲取能的基本核反應(yīng)方程可能(235U＋→Sr＋Xe＋1920385406頁mv2mpMg＋0111

e＋O＋H7281238→Th＋4922答案解析AβCDα.3.關(guān)輕核聚變釋放核能，下列法正確的()一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多聚變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定比裂變反應(yīng)大聚變反應(yīng)中粒子的平均結(jié)合能變小聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量增大答案4.現(xiàn)科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量荷號相反據(jù)有子，它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別()A.－，2C.4,2

B.4－D.4,2答案解析“”.α42.5.K介子衰變的方程為Kπ＋π0其K介子和π

介子是帶負(fù)電的基元電荷0

介子不帶電如1所的個(gè)

介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中軌跡為圓弧，變后產(chǎn)生的

介子的軌跡為圓弧PB，軌跡在P點(diǎn)切，它們的半徑

K

與

π

之比為2∶0A.1∶C.1∶

介子的軌跡未畫由可知的量大小0圖1B.12D.1∶

的動(dòng)量的大小之比為)答案解析－π

BqRR

∶∶RK

∶0

π7頁112112030123012n0THe2p

K

π

p

π

p

π

∶

π

∶AD.6.在次核反應(yīng)中1個(gè)核和1氚核結(jié)合生成1個(gè)核，則下列說法中正確的)A.這一聚變反應(yīng)B.核應(yīng)方程式2H＋H→1n1120目前核電站都采用上述核反應(yīng)發(fā)電該核反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損答案解析1112H3H→1nBC7.日福島第一核電站在地震后數(shù)秒內(nèi)就將控制棒插入核反應(yīng)堆芯，終止了鈾的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)但嘯摧毀了機(jī)組的冷卻統(tǒng)，因裂變遺留的產(chǎn)物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量，核燃料棒溫度不斷上升，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危.則列說法正確的()控制棒通過吸收中子來實(shí)現(xiàn)對核反應(yīng)的控制日本后來向反應(yīng)堆灌注海水，可以降溫，但大量的被污染的海水外泄，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害核裂變遺留物銫、鋇等原子的質(zhì)量可能比鈾原子質(zhì)量大核泄漏中放射性物質(zhì)對人類是有害的答案ABD解析ABD.二、非選擇題8.一原來靜止的鋰核6俘獲一個(gè)速度為7.7×4的中子后，生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦3核，已知氚核的速度大小為1.0×10，向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相反試寫出核反應(yīng)方程；求出氦核的速度大小答案解析

6Li＋3H＋×104m/s6Li→H4(2)m8頁n0T12UKrnn0T12UKrnUBaKrn9292ΔE92UmmmHe

2.0×4m/s.9.在有能源中核能具有能量密大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能核應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)出大量核.(1)核應(yīng)方程式＋→＋Kr31n是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，以9200m、、分別表示、Ba、Kr的量m、分表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量c為UBa92np光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝

.(2)有座發(fā)電能力為＝×6kW的電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝假反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題