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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六节核 能 利 用,第七节小粒子与大宇宙,1知道核反响堆和核电站,2了解裂变反响堆的工作原理，了解常用裂变反响堆的类型,3知道核电站的工作模式了解核能的开展前景,4初步了解恒星的演化和粒子物理学的知识,能源问题已经成为影响和制约当今世界开展的主要因素，尤其是随着石油等常规能源的不断减少和环境污染的不断加剧，寻找新的高能无污染的能源已成为当务之急在利用核能时，如何使用核能发电和获得核动力，以及如何防止核能利用时的危害性？,一、反响堆,1原子反响堆的示意图(如以下图所示),2构造,(1)铀棒由_或_制成，作为核燃料,(2)控制棒由_做成，用来控制反响速度,(3)减速剂由_、重水或_(有时叫轻水)做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获,(4)冷却剂由_或液态的_等流体做成，在反响堆内外循环流动，把反响堆内的热量传输出，确保反响堆的平安,(5)水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的_，防止核辐射,普通水,天然铀,浓缩铀,镉,石墨,水 金属钠,各种射线,二、核电站核能利用,核发电站是利用核能发电，它的核心设施是,_,利用,_,工作时释放出的热量能使水汽化以推动汽轮发电机发电的装置就是核电站,三、小粒子与大宇宙,1,人类目前所能研究的物质世界的空间尺度为空间跨度，约从,_ m,到,_ m,，共跨越了约,_,个数量级,2,物质世界的时间尺度为时间跨度，约从,_ s,到,_ s,，也跨越了将近,_,个数量级,反响堆,核反响堆,42,10,15,10,27,10,18,43,10,25,核电站及核能的利用,反响堆是人工控制链式反响的装置，核发电站利用反响堆工作时释放出的热量能使水汽化以推动汽轮发电机发电的装置核能发电的优点是：污染小；可采储量大；比较经济缺点是：一旦核泄漏会造成严重的核污染；核废料处理困难,核能的利用在核武器(如原子弹、氢弹)、核电站(除发电外，反响堆还可提供大量中子用来进展各种物理实验，制造各种放射性同位素)、核动力(如核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰、核动力太空探测器等),原子反响堆是实现可控制的重核裂变链式反响的一种装置，它主要由四局部组成(),A原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统,B原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统,C原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统,D原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统,解析：核反响堆的构成分四局部：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统,答案：A,课堂训练,1核反响堆中的镉棒的作用是(),A减小中子的能量，使快中子变成慢中子,B调节中子的数目，控制反响速度,C屏蔽射线，以防伤害人体,D控制反响堆的温度,解析：,用镉来吸收中子，控制裂变速度,答案,：,B,小粒子与大宇宙,20世纪40年代，在大量天文观测的根底上，物理学家提出了宇宙演化的大爆炸假说：宇宙是由一个超高温、超密度的“原始火球发生大爆炸开场的，然后经历了从热到冷的演化过程，在这个时期里宇宙不断地膨胀，宇宙物质从密到稀，当温度下降几千度时，宇宙间主要是气态物质，后来逐渐凝聚成气云，并进一步收缩形成各种各样的恒星系统，成为我们今天的宇宙天体具体过程如下：,宇宙大爆炸后，“粒子家族 形成(宇宙形成之初)，1044秒后，温度为1032 K，产生夸克、轻子、胶子等106秒后温度为1013 K，夸克构成了质子和中子等(强子时代)温度为1011 K时，少量夸克，光子、大量中微子和电子存在(轻子时代)温度109 K时进入核合成时代温度降到3000 K 时，电子与质子复合成氢原子冷却，出现了宇宙尘埃万有引力作用,密集尘埃星云团温度升高,开场发光一颗恒星诞生,恒星收缩升温热核反响成氦氢大局部聚变为氦收缩氦聚合成碳(类似)直到产生铁元素,恒星最后的归宿：恒星质量小于太阳1.4倍白矮星,恒星质量是太阳1.42倍中子星,恒星质量更大时(无法抵抗)黑洞,微观粒子：,(1),强子：主要参与强相互作用，有质子、中子、介子、超子等；,(2),轻子：不参与强相互作用，有电子、中微子、,子、,子等；,(3),媒介子：参与各种相互作用，有光子、玻色子、胶子等,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,10,15,10,27,m,，共跨越了约,42,个数量级,从粒子生命至宇宙年龄,时间跨度：物质世界的时间尺度，约,10,25,10,18,s,，也跨越了将近,43,个数量级,科学家发现太空中的射线一般都是从很远的星体放射出来的当射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在过去100亿年所产生的能量总和的1 000倍左右，大致相当于将太阳的全部质量转变为能量的总和科学家利用超级计算机对射线的状态进展了模拟经模拟发现射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍缩过程，只有星球“坍缩时，才可以发出这么巨大的能量太阳光照射到地球上大约需要8分20秒，由此来估算：在宇宙中，一次射线爆发所放出的能量(万有引力常量G6.671011Nm2/kg2,1年时间约为3.15107 s),解析：,r,ct,3,10,8,500 m,1.5,10,11,m,，地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力：,太阳质量为：,M, ,kg,2.0,10,30,kg,射线爆发所发出的能量：,E,Mc,2,2.0,10,30,(3,10,8,),2,J,1.8,10,47,J.,课堂训练,2在某恒星内部发生如下一系列核反响：,其中p为质子，为粒子，e为正电子，为中微子，质子的质量为mp1.6726481027 kg，粒子的质量为m6.6449291027 kg，正电子的质量为me9.111031 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c3.00108 m/s，试计算该系列核反响完成后释放的能量,解析：为求出系列反响后释放的能量，将题中所给的诸核反响方程左右两侧分别相加，消去两侧一样的项，系统反响最终等效为：,4p2e2,设反响后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得：,4mPc2mc22mec2Q,代入数值可得,Q3.951012 J.,答案：3.951012 J,1关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，以下说法中正确的选项是(),A它们都是利用核聚变释放原子能的,B它们都是利用核裂变释放原子能的,C两者的核燃料都是纯铀235,D一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能,根底达标,解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，还没有实现可控热核反响，核燃料是天然铀或浓缩铀,答案：B,2现已建成的核电站的能量来自于(),A天然放射性元素衰变放出的能量,B人工放射性同位素放出的的能量,C重核裂变放出的能量,D化学反响放出的能量,解析：,现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生,答案,：,C,3.双选以下关于铀裂变和核电站的说法中正确的选项是(),A铀238只要俘获中子就能进展链式反响,B铀235裂变后的生成物是多种多样的，但这些裂变都要发生质量亏损,C核电站中镉棒是起减速剂的作用,D核电站使用后的核废料必须装入特制容器，深埋地下,解析：,铀,238,只有俘获能量大于,1 MeV,的中子才能发生裂变，,A,错误铀,235,裂变后的生成物是多种多样的如,Ba,、,Kr,等，并发生质量亏损释放能量，,B,正确；核电站中镉棒起减速剂作用的是石墨、重水，镉棒是控制棒，,C,错误核废料处理必须将其装入特制容器，深埋地下，,D,正确,答案,：,BD,4.2021天津卷以下说法中正确的选项是B,A.采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期,B.由波尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子,C.从高空对地面进展遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力,D.原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量,解析：,半衰期是原子的物理属性，不能采用物理或化学方法改变,A,项错误；高空遥感是利用红外线技术，,C,项错误；由于核子结合为原子核时能量增加必然存在质量亏损,D,项错误；氢原子从高能量的激发态跃迁到低能量的基态时放出能量，所以放出光子，,B,项正确,.,答案：,B,5. K介子衰变方程为：K0其中K介子和介子带负的基元电荷，0介子不带电，如下图，一个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们半径RK与R之比为2:1(0介子的轨迹未画出)由此可知的动量大小与0的动量大小之比为(),A,1:1 B,1:2,C,1:3 D,1:6,解析：,由,R,(K,介子与,介子电荷量相同,),和半径,R,K,与,R,之比为,2:1,可知,K,介子的动量是,介子的,2,倍设,K,介子的动量为,2,P,，则,介子的动量为,P,，若,0,介子的动量为,p,0,，由动量守恒有,2,P, ,P,p,0,求得,p,0,3,P,.,答案,：,C,6我国秦山核电站笫三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 U的裂变，现有四种说法：, U原子核中有92个质子，有143个中子, U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反响方程式为：, U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度，半衰期缩短,一个 U裂变能放出200 MeV的能量，合3.21011 J,以上说法中完全正确的选项是(),能力提升,A,B,C,D,解析：,由,U,的质量数和电荷数关系易知,正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知,正确；半衰期不受外界因素干扰故,错误；通过计算知,正确,答案,：,D,7(2021.海南高考2021年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛第一核电站严重的核泄漏事故在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射在以下四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是_和_,解析：,衰变的种类有,衰变和,衰变两类，衰变中放出的粒子是氦核或电子而不会是质子或中子，故,A,、,D,不会是,131,I,和,137,Cs,的衰变,由质量数守恒和电荷数守恒可知,X,2,、,X,3,分别是 ，而中子数等于质量数与核电荷数的差值，故他们的中子数分别为,78,、,82.,答案,：,B,C,78,82,8在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反响堆释放的核能被转化为电能核反响堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反响，释放出大量核能,(1)核反响方程式 U n Ba KraX是反响堆中发生的许多核反响中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，那么X为_，a_.以mU、mBa、mKr分别表 示 核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，那么在上述核反响过程中放出的核能E_.,(2)有一座发电能力为P1.00106 kW的核电站，核能转化为电能的效率40%.假定反响堆中发生的裂变反响全是此题(1)中的核反响，每次核反响过程放出的核能E2.781011 J，核的质量mU3.901027 kg，求每年(1年3.15107 s)消耗的 U的质量,解析：,(1),由核反应方程可知：,X,为,n,，,a,为,3,，释放的能量为,E,(,m,U,m,Ba,m,Kr,2,m,n,),c,2,.,(2),因电站发电效率为,40%,，故电站消耗 的功率为,P, ,2.5,10,6,kW,，电站每年消耗 的能量为,W,Pt,2.5,10,9,3.15,10,7,J,7.875,10,16,J,，,每年消耗的,U235,的质量为,M,m,U,10.921 kg.,答案,：,(1) n,3,(,m,U,m,Ba,m,Kr,2,m,n,),c,2,(2)10.921 kg,9天文学家测得银河系中氦的含量约为：25%，有关研究说明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后二分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反响生成的,(1)把氢核聚变反响简化为4个氢核( H)聚变成氦核( He)，同时放出2个正电子( e)和2个中微子(e)，请写出该氢核聚变反响的方程，并计算一次反响释放的能量；,(2)研究说明，银河系的年龄约为t3.81017 s，每秒钟银河系产生的能量约为11037 J(即P11037 J/s)现假定该能量全部来自上述氢核聚变反响，试估算银河系中氦的含量(最后结果保存一位有效数字)；,(3),根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断,(,可能用到的数据：银河系质量约为,M,3,10,41,kg,，原子质量单位,1 u,1.66,10,27,kg,1 u,相当于,1.5,10,10,J,的能量，电子质量,m,e,0.0005 u,，氦核质量,m,4.0026 u,，氢核质量,m,p,1.0078 u,，中微子,e,质量为零,),解析：,核反应方程为：,其质量亏损：,m,4,m,p,m,2,m,e,其释放的能量：,E,mc,2,4.14,10,12,J,(2),m,m,6.1,10,39,kg,氦的含量,k, ,2%,(3),由估算结果可知，,k,2%,远小于,25%,的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的,答案,：,(1),(2)2%,(3),银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的,感谢您的使用，退出请按,ESC,键,本小节结束,
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