资源简介

(共62张PPT)
[学习目标]
1.知道什么是核裂变和链式反应，知道维持链式反应的条件，会书写核裂变方程，会计算核裂变产生的核能。
2.了解核反应堆的工作原理，初步了解核电站的构成，知道如何控制核反应的速度。
3.知道什么是核聚变，知道核聚变发生的条件，了解受控热核反应，会计算核聚变产生的核能。
4.了解发现新粒子的过程，知道粒子的分类及特点，了解夸克模型。
1.核裂变：____分裂成几个____质量原子核的核反应现象称为核裂变。
2.铀核裂变
重核
中等
中子
裂变
3.链式反应
如果一个反应过程的____能够________这种反应，从而使反应一旦开始后就能________下去，这样的反应称为链式反应。
产物
再次引发
自动延续
4.临界体积
把能够发生_________的裂变物质的____体积叫作临界体积。
5.核裂变是放能核反应
铀核裂变为中等质量的原子核时发生_________，所以____能量。
链式反应
最小
质量亏损
放出
[易错辨析]
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。( )
(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。( )
(3)核裂变就是链式反应。( )
×
√
×
[例1]　关于重核的裂变，以下说法正确的是(　　)
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D.重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
解析　核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误。
D
[总结提升]
1.核裂变的理解
(1)重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。
(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
2.链式反应的条件
(1)有中子轰击。
(2)铀块的体积大于等于临界体积(或铀块的质量大于等于临界质量)。
1.核反应堆
(1)定义：核反应堆是一种________的核裂变链式反应装置。
(2)分类：核反应堆按引起裂变的中子能量可分为______反应堆和快中子反应堆。
人为可控
慢中子
(3)主要组成部分及作用
组成部分 材料 作用
裂变材料(核燃料) 铀棒(浓缩铀) 提供核燃料
减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速
控制棒 镉或硼 吸收中子，控制反应速度
冷却剂 水或液态的金属钠 传输热量
防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害
2.核电站
(1)定义：利用核反应堆中______所释放出的核能进行发电的场所。
(2)基本原理：核反应堆工作时释放的核能先转变成水(或液态的金属钠)的____，再使水变成高温高压的蒸汽，去推动汽轮发电机发电。
(3)核电站发电的优点：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大；对环境的污染要比火力发电小。
核裂变
内能
[思考探究]
(1)核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？
(2)慢化剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？
提示　(1)控制棒由镉或硼等制成。它们吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。
(2)慢化剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应。不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率。
[例3]　如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是(　　)
A.铀棒是核燃料，核心物质是铀238
B.石墨起到吸收中子的作用
C.镉棒起到使快中子减速的作用
D.水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放射性危害
解析　核反应堆采用的核燃料为铀235，故A错误；石墨的作用是使快中子减速，故B错误；镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，故C错误；水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放射性危害，故D正确。
D
ACD
1.核聚变
(1)定义：把轻原子核聚合成__________的反应称为聚变反应，简称核聚变。
(2)条件：在聚变反应中，要使两个带正电的轻核聚合成一个质量较大的核，必须使它们具有足够的____去克服库仑斥力，进入到核力作用范围(10-15 m)内，然后通过____的作用结合发生聚变。核聚变反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的能量就可以使反应继续进行下去。
较重原子核
动能
核力
(4)热核反应：要启动上述核聚变反应，必须要上亿摄氏度的温度，使H核和H核具有足够的动能克服库仑斥力进入到核力作用范围之内。因此，核聚变反应也称热核反应。
(5)核聚变反应和核裂变反应相比，具有很多优越性。
①在消耗相同质量的核燃料时，核聚变反应比核裂变反应能释放更多的能量。
②核裂变反应时产生放射性废料，处理起来比较困难，而核聚变反应没有放射性废料产生。
③核聚变反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。
2.受控热核反应
(1)实现可控核聚变反应的难点：把高达上亿摄氏度的反应体放在何处。
(2)控制方法
①磁约束：利用_____约束参加反应的物质
②激光惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。所以，在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
磁场
[思考探究]
对于相同质量的核燃料，轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能，为什么？
提示　因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，比结合能更小，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。
[例5]　2021年5月28日，在中国科学院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。下列关于聚变的说法正确的是(　　)
A.任何两个原子核都可以发生聚变
B.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小
C.两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小
D.核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式
B
解析　只有两个质量较小的原子核才可以聚变成一个中等质量的原子核，并不是任何两个原子核都可以发生聚变，A错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能方程可知反应会发生质量亏损，两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小，平均结合能增大，B正确，C错误；核聚变的最终产物是氦，无污染，而核裂变产生的固体核废料具有放射性，因此核聚变更加清洁和安全，但是还不是目前利用核能的主要方式，D错误。
BC
2.核裂变与核聚变的区别
核反应 核裂变 核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应是裂变反应平均每个核子放出的能量的3倍还多
1.“基本”粒子
(1)人们认为____、中子、电子和光子是组成物质的基本单元，它们被称为“基本粒子”。
(2)随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子并不是由质子、_____、电子组成，并发现_____、中子等自己具有复杂的结构。
质子
中子
质子
2.粒子“全家福”
粒子的分类：大体可分为_____、_____和规范玻色子几种类型。具体如下表格。
强子
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由夸克构成
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范
玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱相互作用、强相互作用
轻子
3.夸克模型
(1)1964年美国物理学家盖尔曼和茨威格各自独立提出了强子结构的夸克模型。他们认为强子是由3种更基本的粒子组成的，并称这些粒子为____。
夸克
此外，还是粲夸克(c)，底夸克(b)和顶夸克(t)以及它们的反夸克。按夸克模型，质子由3个夸克(uud)组成，所带电荷量恰好是e。中子也由3个夸克(ddu)组成，总电荷量为零。
夸克还有一种叫“色荷”的性质。色荷共分三种，可标示为“蓝”“绿”“红”，每一种色荷都有其对应的反色荷——“反蓝”“反绿”“反红”。每一个夸克都带一种色，而每一个反夸克则带一种反色，所以夸克共有36种。
[易错辨析]
(1)质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。( )
(2)质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构。( )
(3)质子是带电的强子。( )
(4)每个夸克的电荷量都是元电荷e的整数倍。( )
×
√
√
×
[例7]　为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪(AMS)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个带负荷的电子构成
B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
解析　反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。故选B。
B
[例8]　(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u－或反夸克d－)组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷。
下列说法正确的是(　　)
A.π＋由u和d－组成 B.π＋由d和u－组成
C.π－由u和d－组成 D.π－由d和u－组成
AD
D
BCD
A
4.(粒子及其分类)关于粒子，下列说法正确的是(　　)
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.强子都是带电粒子
C.夸克模型是探究轻子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[基础巩固练]
1.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.超子的质量比质子大很多
B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对微观粒子不适用
C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象
D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
解析　超子的质量比质子大很多，故A正确；能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等是自然界普遍遵循的规律，在微观粒子的相互作用过程中也同样适用，故B错误；反粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确；强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，故D正确。
ACD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　　)
A.铀块的质量是重要因素，与体积无关
B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析　要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的几率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故选项B错误。
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
AB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[能力提升练]
8.人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K－介子的衰变方程为K－―→π0＋π－，其中K－介子和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是(　　)
A
解析　π0介子不带电，在磁场中不偏转，K－介子、π－介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，再根据左手定则及动量守恒定律判定知A正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
11.秦山核电基地共有9台核电机组，总装机容量是656.4万千瓦，年发电量约500亿千瓦时，其中包括中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆机组。设一吨标准煤可以发电3 000度，每户人家平均每月用电200度。根据以上信息，以下分析正确的是(　　)
A.所用核燃料每年减轻的质量大约为2 kg
B.秦山核电站每年发电量可以为2.5×108户家庭供电一年
C.秦山核电站利用核聚变产生的巨大核能
D.秦山核电站的年发电量相当于少燃烧约1.7×107吨标准煤
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

展开更多......

收起↑