第六節

核能利用第七節

小粒子與宇宙[習目標]

1.了裂變反應堆的工作原理了解核電站和核能利用的優缺點了小粒子和大宇宙間的空間跨度和時間跨.一、核反應堆及核電站1.核站是利用核能發電，它的心設施是反應堆，核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置，它主要由以下幾部分組成：燃料：鈾棒減速劑：鈾235容捕獲慢中子生反應，采用石墨、重水作減速劑；控制棒：采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子的能力很強的特性，控制鏈式反應的速度2.工原理核燃料裂變釋放能量，使反應區溫度升3.能輸出利用水或液態的金屬鈉等流體在反應堆內外循環流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電，同時也使反應堆冷卻4.核染的防護與處理在反應堆的外面需要修建很厚的水泥層來蔽裂變產物放出的各種射線核料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，埋入深地層來處.[學即]判下列說法的正.核反應堆是通過調節中子數目以控制反應速.√)核反應堆用過的核廢料無毒無.×)二、小粒子和大宇宙1.從粒子到大宇—空間跨對宇宙的時空結構、運動形態和物質演化的理論描述，稱為宇宙模.大爆炸宇宙模型：大約150億前突然發生一次大爆炸，其后逐漸誕生出恒星、星團、脈沖星、超新星、黑洞以及被稱作類星體的遙遠發光體等，經年演化成今天的宇宙世(3)人所能研究的物質世界的空間尺度：約從1015m272.從子壽命到宇宙年—時跨度

，共跨越了約42數量級(1)宇的年齡的數量級10

s.(2)微粒子的最短壽命10

s.1頁(3)物世界的時間尺度：約從10

s到10

，跨越了將近43個量級一、核反應堆與核電站1.核應堆的主要部件及作用如表：項目

部件名稱

減速劑

控制棒

熱循環介質

保護層采用的材料作用

石墨、重水或普通水(叫輕水降低中子速度，便于鈾235吸

鎘吸收中子，控制反應速度

水或液態的金屬鈉把反應堆內的熱量傳輸出去

很厚的水泥外殼屏蔽射線，防止放射性污染2.核站發電的優點消耗的核燃料少作為核燃料的鈾在地球上可采儲量大，所能提供的能量.(3)對境的污染要比火力發電.例2頁1應堆的下列說法中正確的()

如圖是中子反應堆的示意圖對該反圖1鈾容吸收快中子后發生裂反應快中子跟減速劑的原子核碰撞后的能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘而引起裂變反應控制棒由鎘做成，當反應過于激烈時，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些要使裂變反應更激烈一些，應使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈式反應的速度就會快一些答案解析235235ACD.二、粒子的分類和夸克模型1.粒的分類分類

參與的相互作用

發現的粒子

備注強子有內部結構“強子

參與強相互作用

質子、中子、介子、超子

克”構成強子又可分為介子和重子輕子

不參與強相互作用

電子、電子中微子、子、子

未發現內部結構3頁中微子、子τ子微子光子、中間玻色子、膠子媒介子

傳遞各種相互作用

光子、中間玻色子、膠子

分別傳遞電磁、弱、強相互作用2.夸模型夸克的提出年國物理學家蓋爾曼提出了強子的夸克模型為子是由夸克構成的夸克的種類：上夸克u)、夸克d)、奇異夸克、夸克、底夸(和夸克t).21(3)夸所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分數電荷量，即其電荷量為元電荷的＋或.例如，332e上夸克帶的電荷量為＋，夸帶的電荷量為－33(4)意：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分數電.例2

目前普遍認為，質子和中子都是由被稱為4頁33310ππ33310ππ2u夸和夸的兩類夸克組成.夸克帶電荷量為夸帶電荷量為－e為電荷，33下列論斷中可能正確的是)質子由1個u夸和2個夸克成，中子由1個u克和2個夸組成質子由2個夸和1個d夸組成，中子由個u克和2個d夸組成質子由1個夸和2個d夸組成，中子由個u克和1個d夸組成質子由2個u夸和1個夸克成，中子由2個u克和1個夸組成答案221解析H×n.1.(核反應堆的理解關核反應堆，下列說法正確的()A.鈾是燃料，裂變時釋放核能C.石的作用是吸收中子

B.棒的作用是控制反應堆的功率D.冷劑作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能答案ABD解析AB.2.(鏈式反應的認識鏈反應中，重核裂變時放出的可使裂變不斷進行下去的粒子()A.質中子C.β粒D.α粒答案解析235.3.(基本粒子的理解若介介都是由一個夸(夸u或克d)和一個反夸(夸克u或反夸克d組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為電荷粒子

u

d

u

d帶電荷量

＋

－

＋

e

－

e3

－

e

＋

e3(1)按簡單的組成π

介子由誰和誰組成？(2)按簡單的組成π介子由誰和誰組成？答案

(1)π介是由夸克u和夸克d組成的5頁21122e21122e(2)π子由夸克d反夸克組解析

(1)＋eue3ee3(2)π

ede33

e.4.(核能的計算裂變反應是目前核能利用中常用的反原子U為料的反應堆中當92235U92

俘獲一個慢中子后發生的裂變反應可以有多種方式，其中一種可表示為235U92

＋

1n0

→

139Xe54

＋

9438

＋1n0235.04391.0087138.917893.9154反應方程下方的數字是中子及有關原子的靜止質以子質量位為知1u的量對應的能量為MeV，裂變反應釋放出的能量是

答案180解析(235.0431.0087)(138.91793.9153×7)0.19331u931.5MeVΔ931.50.1933MeV180一、選擇題～題單選題，～題多選題1.關粒子，下列說法正確的是)電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子強子都是帶電的粒子夸克模型是探究三大類粒子結構的理論夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位答案解析AeC.32.中承諾到2020年排放量下降40%～，了實現負責任大國的承諾，我們將新建核電站項目目關于核電站獲取能的基本核反應方程可能(235U＋→Sr＋Xe＋1920385406頁mv2mpMg＋0111

e＋O＋H7281238→Th＋4922答案解析AβCDα.3.關輕核聚變釋放核能，下列法正確的()一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多聚變反應每個核子釋放的平均能量一定比裂變反應大聚變反應中粒子的平均結合能變小聚變反應中由于形成質量較大的核，故反應后質量增大答案4.現科學家們正在設法探尋“物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的，“反粒子”與其對應的正粒子有相同的質量和相同的電荷量荷號相反據有子，它的質量數和電荷數分別()A.－，2C.4,2

B.4－D.4,2答案解析“”.α42.5.K介子衰變的方程為Kπ＋π0其K介子和π

介子是帶負電的基元電荷0

介子不帶電如1所的個

介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中軌跡為圓弧，變后產生的

介子的軌跡為圓弧PB，軌跡在P點切，它們的半徑

K

與

π

之比為2∶0A.1∶C.1∶

介子的軌跡未畫由可知的量大小0圖1B.12D.1∶

的動量的大小之比為)答案解析－π

BqRR

∶∶RK

∶0

π7頁112112030123012n0THe2p

K

π

p

π

p

π

∶

π

∶AD.6.在次核反應中1個核和1氚核結合生成1個核，則下列說法中正確的)A.這一聚變反應B.核應方程式2H＋H→1n1120目前核電站都采用上述核反應發電該核反應沒有質量虧損答案解析1112H3H→1nBC7.日福島第一核電站在地震后數秒內就將控制棒插入核反應堆芯，終止了鈾的裂變鏈式反應但嘯摧毀了機組的冷卻統，因裂變遺留的產物銫、鋇等繼續衰變不斷釋放能量，核燃料棒溫度不斷上升，對周邊環境產生了巨大的危.則列說法正確的()控制棒通過吸收中子來實現對核反應的控制日本后來向反應堆灌注海水，可以降溫，但大量的被污染的海水外泄，對周邊環境產生了巨大的危害核裂變遺留物銫、鋇等原子的質量可能比鈾原子質量大核泄漏中放射性物質對人類是有害的答案ABD解析ABD.二、非選擇題8.一原來靜止的鋰核6俘獲一個速度為7.7×4的中子后，生成一個氚核和一個氦3核，已知氚核的速度大小為1.0×10，向與中子的運動方向相反試寫出核反應方程；求出氦核的速度大小答案解析

6Li＋3H＋×104m/s6Li→H4(2)m8頁n0T12UKrnn0T12UKrnUBaKrn9292ΔE92UmmmHe

2.0×4m/s.9.在有能源中核能具有能量密大、區域適應性強的優勢，在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化為電能核應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發生裂變反應出大量核.(1)核應方程式＋→＋Kr31n是反應堆中發生的許多核反應中的一種，以9200m、、分別表示、Ba、Kr的量m、分表示中子、質子的質量c為UBa92np光在真空中傳播的速度，則在上述核反應過程中放出的核能ΔE＝

.(2)有座發電能力為＝×6kW的電站，核能轉化為電能的效率η＝假反應堆中發生的裂變反應全是本題