2017-2018学年高中物理第四章原子核46核能利用47小粒子与大宇宙教学案粤教版

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1、第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙［目标定位］1.了解裂变反应堆的工作原理.2.了解核电站和核能利用的优缺点.3.了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度.

2、预习导学梳理•识记」:拨一、反应堆1.核反应堆是人工控制链式反应的装置.它主要由以下儿部分组成：(1)燃料：铀棒;(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂;(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，釆用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收屮子强的特性,就可以容易地控制链式反应的速度.2.工作原理

3、：核燃料裂变释放的能量,使反应区温度升高.3.能量输岀：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内、外循环流动,把反应堆内的热量传输出去，用于发电.4.核污染的处理：修建很厚的水泥层,用來屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性,需耍装入特制的容器，埋入深地层來处理.二、核电站、核能利用1.核电站利用反应堆工作时释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.2.核能利用(1)核力发电；(2)核动力；(3)原子核物理实验制造各种放射性同位素.三、小粒子与大宇宙1.从小粒子到大宇宙一一空间跨

4、度(1)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次大爆炸,其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等，经历150亿年演化成今天的宇宙世界.(2)人类所能研究的物质世界的空间尺度：约从10一「至I”m,共跨越了约42个数量级.2.从粒子寿命到宇宙年龄一一时间跨度(1)宇宙的年龄的数量级：疋s.(2)微观粒子的最短寿命：10~25s.(3)物质世界的时间尺度：约从卫二s到10：s,跨越了将近43个数量级.疑难问题卡片°预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题

5、1问题2问题3I课堂讲义理解•'次化•探究一、核反应堆裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：组成部分材料作用裂变材料（核燃料）浓缩铀（琵U）提供核燃料慢化剂（减速剂）石墨、重水和普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的屮子，控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害【例1】在可控核反应堆屮需要给快屮子减速，轻水、重水和石墨

6、等常用作减速剂.屮子在重水中可与狛核碰撞减速，在石墨中与力核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案见解析解析设中子质量为加，靶核质量为仙由动量守恒定律得：偽％=刃山+仍辺由能量守恒得：扌必财=2/几/+扌仍内2nkx—m解得内=右占在重水屮靶核质量加：=2偽在石墨屮靶核质呈加=12%,Ilk—Ilk11与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好.借题发挥（1）中子与靶核碰撞过程

7、中满足动量守恒、能量守恒.（2）因为靶核的质量大于中子的质量，故靶核的质量比中子的质量大得越少，减速效果越好,如质量相等时可以使中子的速度减为零.针对训练1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，以改变中子数D.利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度答案C解析控制核反应的速度是靠调节中子数目來实现，即用镉棒吸收中子改变中子数目.二、核电站的工作原理核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是

8、可控的链式反应.铀235裂变需要一定的条件：（1）要有足够浓度的铀235；（2）要有足够数量的慢中子；（3）铀块的体积耍大于临界体积.当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2〜3个屮子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能,这就叫链式反应.原子弹屮裂变一旦开始，裂变放出的快中子，又引起其他铀核裂变

9、的速度很快，在极短的时间内释放大量的能量，因此杀伤力强大.在核电站中，核反应堆是热源，如图1为简化的核反应堆的示意图：执p冷气中了•吸收棒（硼或褊）热代—石臺破速剂冷气—厚混凝土防护空图1铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%〜4%）制成.石墨（或重水）为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，利于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围.镉棒的作用是吸收屮子，控制反应速度，所以也叫控制棒.控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反