物理粵教版選修3-5學(xué)案第4章第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙

第六節(jié)核能利用第七節(jié)小粒子與大宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1．知道什么是核反應(yīng)堆．2．知道核電站的工作模式，了解核能的利用．3．了解宇宙及恒星的演化．重點(diǎn)：1．核反應(yīng)堆及對(duì)核反應(yīng)的控制．2．重視核能的利用、樹立環(huán)保意識(shí)．一、反應(yīng)堆組成部分功能作用核燃料______或______（鈾235的含量約3%）制成的鈾棒中子減速劑用來(lái)使中子減速的物質(zhì)，如____、重水或普通水控制棒用于調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制________速度的鎘棒冷卻劑用來(lái)控制反應(yīng)堆的溫度，輸出內(nèi)能的在______內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)的流體．如水、液體金屬鈉等防護(hù)層用厚厚的水泥墻制成，防止______的外泄預(yù)習(xí)交流1在利用重核裂變制成的原子彈中，需不需要用鎘制成的控制棒，為什么？二、核電站、核能利用1．核電站利用反應(yīng)堆工作時(shí)釋放的____使水____以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的裝置．2．核能利用（1）核能發(fā)電，（2）原子核物理實(shí)驗(yàn)制造各種放射性______．3．核電站的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：①消耗的“______”很少；②作為核燃料的鈾、釷等在地球上存儲(chǔ)量大；③對(duì)環(huán)境的污染比火電站要?。?）缺點(diǎn)：①核廢料難以處理；②一旦發(fā)生核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的核污染．預(yù)習(xí)交流2目前世界上各個(gè)國(guó)家的核電站是利用核裂變還是核聚變獲得核能的？三、小粒子與大宇宙1．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(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)歷150億年演化成今天的宇宙．（2）人類所能研究的物質(zhì)世界的空間尺度：約為________到________，共跨越了約42個(gè)數(shù)量級(jí)．2．時(shí)間跨度（1）宇宙的年齡的數(shù)量級(jí)：________．（2）微觀粒子的最短壽命：________．（3）物質(zhì)世界的時(shí)間尺度：約從10－25s到1018s，跨越了將近____個(gè)數(shù)量級(jí)．在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時(shí)加以關(guān)注？請(qǐng)?jiān)谙铝斜砀裰凶鰝€(gè)備忘吧！我的學(xué)困點(diǎn)我的學(xué)疑點(diǎn)答案：一、天然鈾濃縮鈾石墨鏈?zhǔn)椒磻?yīng)反應(yīng)堆放射線預(yù)習(xí)交流1：答案：鎘有吸收中子的特性，吸收減少中子的數(shù)目，可以控制能量釋放的速度，而原子彈需要在極短的時(shí)間內(nèi)釋放大量核能，發(fā)生劇烈爆炸，不需要控制速度，故不需要鎘棒．二、1．核能汽化2．（2）同位素3．（1）燃料預(yù)習(xí)交流2：答案：目前核裂變的和平利用技術(shù)已經(jīng)成熟，但核聚變的控制技術(shù)尚處在試驗(yàn)階段．所以目前世界上的所有核電站都是利用核裂變來(lái)獲得核能的．三、1．（1）大爆炸（2）10－15m1027m2．（1）1018s（2）10－25s（3）43一、核電站1．核電站的核心設(shè)施是什么？2．（1）在原子反應(yīng)堆中，水或液體的金屬鈉有什么作用？（2）為了防止鈾核裂變產(chǎn)物放出的各種射線對(duì)人體的危害和對(duì)環(huán)境的污染，舉例說(shuō)明需采取哪些措施？（舉兩種）（3）試通過比較說(shuō)明核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)．一個(gè)鈾235原子俘獲一個(gè)中子后，裂變?yōu)殡?39和鍶94，同時(shí)放出三個(gè)中子，寫出核反應(yīng)方程并算出一個(gè)鈾核裂變時(shí)釋放的核能．已知mU＝235.04394u，mXe＝138.91844u，mSr＝93.91557u，mn＝1.008665u,1u相當(dāng)于931.5MeV．核能計(jì)算的方法（1）首先要寫出核反應(yīng)方程．（2）計(jì)算出核反應(yīng)過程中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損．（3）根據(jù)質(zhì)能方程計(jì)算出核能．二、核能的利用與環(huán)境保護(hù)1．核能跟常規(guī)能源相比，有哪些明顯優(yōu)勢(shì)？2．核能的利用中，應(yīng)采取哪些措施，以保證安全，減少對(duì)人類及環(huán)境的危害？關(guān)于核電站以下說(shuō)法正確的是（）．A．核電站中的核反應(yīng)是無(wú)法控制的B．目前核電站的主要原料是鈾，能量主要來(lái)源于核聚變C．采用增殖反應(yīng)堆可以使核原料充分利用D．核電站使用過的核燃料還可以在火力發(fā)電廠中二次使用對(duì)核廢料先回收利用，剩下的廢料就很少了，將其中低放射性廢料進(jìn)行瀝青固化或水泥固化后，儲(chǔ)存在地下淺層廢料庫(kù)，對(duì)高放射性的廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫(kù)．加之實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等措施都降低了對(duì)環(huán)境污染的可能性．1．下列關(guān)于目前核電站利用的核反應(yīng)、核燃料的說(shuō)法正確的是（）．A．裂變，燃料是鈾B．衰變，燃料是鈾C(jī)．裂變，燃料是氘D．衰變，燃料是鐳2．關(guān)于我國(guó)已建成的秦山和大亞灣核電站，下列說(shuō)法中正確的是（）．A．它們都是利用核聚變釋放原子能的B．它們都是利用核裂變釋放原子能的C．兩者的核燃料都是純鈾235D．一座是利用核裂變釋放原子能，一座是利用核聚變釋放原子能3．我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來(lái)源于eq\o\al(235,92)U的裂變，現(xiàn)有4種說(shuō)法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，有143個(gè)中子②eq\o\al(235,92)U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度，半衰期縮短④一個(gè)eq\o\al(235,92)U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J以上說(shuō)法中完全正確的是（）．A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④4．在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí)，由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，如圖所示為這種電磁泵的結(jié)構(gòu)．導(dǎo)管放在磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時(shí)，這種液體即被驅(qū)動(dòng)．如果導(dǎo)管中截面面積為ωh，磁場(chǎng)的寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過磁場(chǎng)區(qū)域的電流為I，求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少？5．在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．（1）核反應(yīng)方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，eq\o\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為________，a＝________．以mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為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）有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率μ＝40%．假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題（1）中的核反應(yīng)，已知1個(gè)U235裂變過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，鈾核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年（1年＝3.15×107s）消耗的eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量．提示：用最精煉的語(yǔ)言把你當(dāng)堂掌握的核心知識(shí)的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來(lái)并進(jìn)行識(shí)記．知識(shí)精華技能要領(lǐng)答案：活動(dòng)與探究1：答案：核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆．2．答案：（1）水或液態(tài)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，控制溫度．（2）①核反應(yīng)堆外面需要修建很厚的水泥保護(hù)層，用來(lái)屏蔽射線．②對(duì)放射性廢料，要裝入特制的容器，埋入地層深處進(jìn)行處理．（3）優(yōu)點(diǎn)：①污染??；②可采儲(chǔ)量大；③比較經(jīng)濟(jì)．缺點(diǎn)：①一旦核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的核污染；②核廢料處理困難．遷移與應(yīng)用1：答案：eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,)54Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n179.4MeV解析：核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,)54Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝（mU＋mn）－（mXe＋mSr＋3mn）＝（235.04394＋1.008665）u－（138.91844＋93.91557＋3×1.008665）u＝0.1926u，所以，一個(gè)鈾核裂變釋放的核能為ΔE＝0.1926×931.5MeV≈179.4MeV．活動(dòng)與探究2：1．答案：核原料提供的能量巨大，1kg鈾全部釋放的能量大約相當(dāng)于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量．地球上的一般常規(guī)能源都無(wú)法跟核能相比．除鈾外，釷也是一種裂變材料，它比鈾更豐富，如果能把釷利用起來(lái)，核電的發(fā)展前景將更為廣闊．熱核反應(yīng)所需的氘更是儲(chǔ)量豐富．核原料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，如：一座100萬(wàn)千瓦核電站一年所需的原料鈾，只需6輛卡車就可全部運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)．核電站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵．有利于環(huán)境保護(hù)．2．答案：核電站為防止放射性物質(zhì)的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化鈾陶瓷體燃料芯塊滯留裂變產(chǎn)物，外面密封鋯合金包殼，第三道是壓力邊界，第四道是安全殼．這些措施大大提高了核能利用的安全性．遷移與應(yīng)用2：C解析：目前核電站的主要原料是鈾，能量主要來(lái)源于核裂變，其反應(yīng)是可以通過控制棒控制反應(yīng)速度的．A、B均錯(cuò)．采用增殖反應(yīng)堆可以充分利用鈾235之外的原料從而放出更多能量，C對(duì)．核廢料具有放射性，不能再通過燃燒的方式二次發(fā)電，D錯(cuò)．當(dāng)堂檢測(cè)1．A2．B解析：現(xiàn)在我們和平利用的核能只能通過核裂變產(chǎn)生，還沒有實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)，故正確選項(xiàng)為B．3．D解析：由eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知①正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知②正確；半衰期不受外界因素干擾，故③錯(cuò)誤；通過計(jì)算知④正確，故正確選項(xiàng)為D．4．答案：eq\f(BE,ω)解析：電磁泵的原理是，當(dāng)電流流過液體時(shí)，液體即成為載流導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中受到安培力作用，力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動(dòng)．液體導(dǎo)電后可視為導(dǎo)體，從電磁泵原理圖中可抽象出通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力模型．以載流導(dǎo)體為對(duì)象，根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力（即液體受力）為F＝BIh，由壓強(qiáng)公式得p＝eq\f(F,S)，由題知S＝ωh，由上面的幾個(gè)關(guān)系得p＝eq\f(BE,ω)．5．答案：（1）eq\o\al(1,0)n3（mU－mBa－mKr－2mn）c2（2）1105kg解析：（1）由反應(yīng)方程可知：X為eq\o\al(1,0)