第四章 第六节 核能利用 第七节 小粒子与大宇宙

预习导学 高中物理 · 选修3-5· 粤教版

第六节 核能利用

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[目标定位] 跨度.

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

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一、反应堆 1.核反应堆是人工控制链式反应的装置.它主要由以下几部 分组成： 铀棒 ； (1)燃料：_____

(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 吸收 子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉____ 中子强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度. ______预习导学

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裂变释放的能量，使反应区温度升高. 2.工作原理：核燃料____ 3.能量输出：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. ________射线对人体的伤害和__________ 放射性物质对 4.核污染的处理：为防止____ 水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外 水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种 面需要修建很厚的______

放射性，需要装入特制的容器， 射线，核废料具有很强的______ 深埋地下. ________

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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： 核力发电； (1)________ 核动力 ； (2) _______ (3)原子核物理实验制造各种放射性同位素.

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三、小粒子与大宇宙

1.空间跨度大爆炸， (1)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次______ 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_______ 10-15 m到 _______ 1027 m ,共跨越了约42个数量级.

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2.时间跨度

(1)宇宙的年龄的数量级：______ 1018 s .(2)微观粒子的最短寿命： ______ 10-25 s . (3)物质世界的时间尺度：约从10-25 s到1018 s,跨越了将 近___ 43 个数量级.

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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 裂变材料(核燃料) 慢化剂(减速剂) 控制棒预习导学

材料 浓缩铀(U)

作用 提供核燃料

石墨、重水和普 使裂变产生的快中 通水 子减速 吸收减速后的中 镉 子，控制反应速度

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反射层 热交换器 防护层

石墨 水

阻止中子逃逸

产生高温蒸汽，推动汽轮 发电机发电

金属套和钢筋 防止射线对人体及其他生 混凝土 物体的侵害

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【例 1】 在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水 和石墨等常用作减速剂. 中子在重水中可与2 1H 核碰撞减速， 在石墨中与12 6C 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 mn,靶核质量为 m,由动量守恒定 律：mnv0=mnv1+mv2 1 1 1 2 2 2 由能量守恒： mnv0= mnv1+ mv2 2 2 2m n- m 解得 v1= v0, m n+ m预习导学

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在重水中靶核质量 mH=2mn mn- m H 1 v1H= v0=- v0, 3 mn+ m H 在石墨中靶核质量 mC=12mn, mn- m C 11 v1C= v =- v0 13 mn+ m C 0 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 子的速度为零.预习导学

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课堂讲义针对训练1 是 A.使用浓缩铀

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在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法 ( )

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

答案解析

C控制核反应的速度是靠调节中子数目来实现，即用

镉棒吸收中子改变中子数目.预习导学

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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

体积要大于临界体 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个中子，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.预习导学

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原子弹中裂变一旦开始，裂变放出的快中子，又引起其他 铀核裂变的速度很快，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4-6、7-1为简化的 核反应堆的示意图：

图4-6、7-1预习导学

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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，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周 围.镉棒的作用是吸收中子，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，反应速度加快.采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作.

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课堂讲义【例2】

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第七节 小粒子与大宇宙

在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强

的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反 应，释放出大量核 …… 此处隐藏：3007字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……