粒子与宇宙.

1粒子与宇宙2课前自主学案核心要点突破课标定位课堂互动讲练第六节第七节知能优化训练3课标定位学习目标：1.知道什么是反应堆，了解反应堆的工作原理．2．知道什么是核电站，了解我国核电站的发展．3．了解物质世界的时间跨度和空间跨度．重点难点：1.反应堆、核电站．2．反应堆的工作原理．4课前自主学案一、反应堆1．受控热核反应是人类对______能量的利用．2．核反应堆的建造是人类对______能量的利用．3．核反应堆是________________的装置．核聚变核裂变人工控制链式反应5核反应堆用______或______制成铀棒作为核燃料；用____、____作为减速剂使中子减速；为调节中子数以控制反应速度需用____作为控制棒；为控制反应堆的温度，需要用___、__________等流体作为冷却，剂在反应堆内外循环流动，不断带走热能，同时可以用来输出热能加以利用；在反应堆外面修建很厚的__________来屏蔽射线，将放射性废料装入特制的容器，埋入地层深处来处理．天然铀浓缩铀石墨重水镉棒水液体金属钠水泥防护层6思考感悟为什么要大力发展核能？(图4－6－1为广东大亚湾核电站．)图4－6－17提示：地球上的常规能源(煤、石油、天然气)正在日益枯竭，核能是人类今后能源发展的重点之一．国家能源局局长张国宝透露，截至2009年年底，我国核电已建成运行11个反应堆，新核堆14台，核堆在建机组24台，是目前世界上核电在建规模最大的国家．8二、核电站核能利用1．核电站：利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电．2．核能利用：发电，制造核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰，进行原子核物理实验，制造各种放射性同位素．9三、从小粒子到大宇宙——空间跨度人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从________到________，共跨越了大约42个数量级．四、从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度物质世界的时间尺度，约从_______到_____，也跨越了将近43个数量级．10－15m1027m10－25s1018s10核心要点突破一、反应堆核电站1．核电站的工作原理原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆．核反应堆是人工控制链式反应的装置．核电站的核心是核反应堆，其主要组成部分及各部分作用如下：11(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成铀棒作为核燃料，释放核能．(2)减速剂：用石墨、重水和普通水，使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收．(3)控制棒：由吸收中子能力很强的镉制成，用以控制反应速度．(4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去．(5)热交换器：靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去．122．核电站与火电站相比的优缺点(1)优点：①核电站消耗的燃料很少．②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量很大．③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要少得多．(2)缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染．②核废料处理比较困难．13即时应用(即时突破，小试牛刀)1.(单选)在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是()A．使用浓缩铀B．改变铀块的临界体积C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变反应堆中的中子数目D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度14解析：选C.控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的．15二、揭秘粒子世界1．粒子世界(1)电子、质子和中子直到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，后来发现了电子、质子和中子．随着科学家们的研究逐步发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子．16(2)新粒子从20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线观测时，发现了一些新粒子，宇宙射线中粒子的能量很高，但数量很少．人们用高能加速器进行实验，发现了更多的粒子．如1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子．172．粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．(1)强子：强子是参与强相互作用的粒子，质子、中子、介子和超子都属于强子，其中质子是最早发现的强子．(2)轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子．到现在为止，共发现6种轻子，它们是：电子，电子中微子，μ子，μ子中微子，τ子，τ子中微子．其中最早发现的轻子是电子．18(3)媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子．如光子、中间玻色子、胶子．光子传递电磁相互作用，中间玻色子(W±、Z°)传递弱相互作用，胶子传递强相互作用．特别提醒：根据粒子参与的相互作用进行分类，而不是根据粒子质量，如τ子的质量比核子的质量大，但从力的性质分析它仍属于轻子．193．反粒子许多粒子都存在着质量与其相同而电荷及其他一些物理性质与其相反的粒子，这些粒子叫做反粒子．特别提醒：(1)电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子．(2)粒子和它的反粒子相遇时会发生湮灭而转化为一对光子．20即时应用(即时突破，小试牛刀)2.(单选)关于粒子，下列说法中正确的是()A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成D．许多粒子都存在反粒子21解析：选D.质子、中子本身有复杂结构，A错误；τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误．22课堂互动讲练核能的利用铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n.例123(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(23592U、14156Ba、9236Kr、10n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u,1u相当于931MeV)(2)1kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107J/kg)24(3)一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率为η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，所用铀矿石中铀235的含量为4%，则该核电站一年消耗铀矿石多少吨？【思路点拨】(1)计算释放的核能相当于燃烧多少煤，或需要多少铀时，先计算出一个铀核裂变放出的能量ΔE，ΔE乘以原子核数为放出的总能量E，再由E计算煤或铀的质量．(2)原子核数N＝MM核＝MM摩NA.25【自主解答】(1)裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087)u＝0.2153u一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝0.2153×931MeV≈200.4MeV.(2)1kg铀235中含原子核的个数为N＝mMUNA＝103235×6.02×1023≈2.56×102426则1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔEN＝NΔE＝2.56×1024×200.4MeV≈5.13×1026MeV设q为煤的热值，m为煤的质量，有ΔEN＝qm，所以m＝ΔENq＝5.13×1026×106×1.6×10－192.94×107kg≈2791.8t.(3)核电站一年的发电量E＝Pt，需要的核能为Eη＝Ptη设所用铀矿石质量为M，则铀235的含量0.04M，对应的原子核数0.04MNAMU，27【答案】(1)200.4MeV(2)5.13×1026MeV2791.8t(3)24t因Ptη＝0.04MMUNAΔE则M＝PtMU0.04ηNAΔE＝109×365×24×60×60×2350.04×40%×6.02×1023×200.4×106×1.6×10－19g≈2.4×107g＝24t.28变式训练每昼夜消耗220g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200MeV)29解析：一昼夜消耗的铀所产生的核能ΔE＝200×220235×6.02×1023×106×1.6×10－19J＝1．80×1013J电功率P＝ΔE×25%t＝1.80×1013×25%24×3600W＝5.2×107W.答案：5.2×107W30对粒子的认识31(单选)中子内有一个电荷量为＋23e的上夸克和两个电荷量为－13e的下夸克，一种简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图4－6－2所示．下列给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()例2图4－6－232图4－6－333【精讲精析】每个夸克均受到其余两个夸克的静电力作用，由对称性知上夸克受到静电力的合力向下．右边下夸克受力如图4－6－4所示，因图4－6－434【答案】BF＝k23e·13er2，F′＝k13e·13er2，故F＝2F′，又因F·cos60°＝F′，故F、F′的合力方向向上，B正确．35【方法总结】(1)夸克具有点状结构，可利用库仑定律求出静电力．(2)求两个力的合力时，可先将较大的力正交分解．36知能优化训练37本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用