2017-2018学年高中物理 第四章 原子核 第六、七节 核能利用 小粒子与大宇宙教学案 粤教版选修3-

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1、第六、七节核能利用小粒子与大宇宙1．核反应堆是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来。2．反应堆里用的铀棒是天然铀或浓缩铀；石墨、重水的作用是使快中子变成慢中子，充当减速剂；镉棒的作用是吸收减速后的中子，控制反应速度，充当控制棒。3．为了防止铀核裂变物放出的射线对人体的危害，在反应堆外面要修建很厚的水泥防护层来屏蔽射线，对放射性的废料也要装入特制的容器，埋入深地层来处理。4．我国已于广东大亚湾建成两座核电站，还有浙江的秦山核电站。5．人类目前能够观测到的最大距离约是140亿光年之远。这一距离可以看成是目前观测到的宇宙半

2、径。6．对宇宙的时空结构、运动形态和物体演化的理论描述，称为宇宙模型。大爆炸宇宙模型是一种被普遍接受的模型，它认为，宇宙起源于大约150亿年前突然发生的一次大爆炸，其后逐渐诞生出星球、星系、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等等，经历150亿年才演化成今天的样子。7．人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了大约42个数量级；目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有10－25s，可见，物质世界的时间尺度，约从10－25s到1018s，也跨越了将近43个数量级。核反应堆1.核反应堆的主要组

3、成部分如图4－6－1所示为简化的核反应堆示意图9图4－6－1(1)核燃料：反应堆使用天然铀或浓缩铀(铀235占3%～4%)制成铀棒，作为核燃料，释放核能。(2)中子减速剂：铀235具有易俘获慢中子，不易俘获快中子的特点。而核反应中释放的中子多数为快中子，应使用减速剂使它们的速度降下来。常用作减速剂的物质有石墨、重水或普通水。(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法增减中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度。(4)保护层：核反应堆外层是很厚的水泥壁。可防止射线辐

4、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。2．核反应堆的用途。(1)核电站利用反应堆发电。(2)小型反应堆可以使核能作为动力制造核动力潜艇。(3)进行各种原子核物理实验。3．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)特点：消耗燃料少，但经济效益跟火电站大体相同。反应堆是核电站的核心，是核电站的热源，核电站靠反应堆产生的内能发电。1．在核反应堆中采用控制棒来控制裂变反应的速度，关于控制棒的作用，下面说法正确的是(　　)A．使中子运动的速度

5、减慢B．使中子运动的速度增加C．放出中子，使中子的数目增加D．吸收中子，使中子的数目减少解析：核反应堆中的控制棒即镉棒对中子的吸收能力很强，可调节镉棒插入的深浅来控制反应速度，选项D正确。答案：D9对粒子的认识1.“基本粒子”和新粒子(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，于是很多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。然而，随着科学的进一步发展，科学家们逐渐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

6、质子、中子等本身也是复合粒子，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。(2)新粒子：1912年奥地利物理学家赫斯对宇宙射线观测时，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子和π子。2．三大类粒子按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子。3．夸克模型(1)夸克模型的提出：许多实验事实表明，强子是有内部结构的。1964年提出的夸克模型，认为强子由更

7、基本的成分组成，这种成分叫做夸克(cuark)。(2)夸克的分类：夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷分别为电荷的＋或－。每种夸克都有对应的反夸克。(3)夸克模型的意义：夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。(4)夸克的“禁闭”：目前人们对夸克的认识还是很初步的，科学家们直到今天都还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理学面临的重大课题之一。2．为了探究宇

8、宙起源，“阿尔法磁谱仪”(AMS)将在太空中寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是(　　)A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成B．由1个