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第六节,核能利用,第七节,小粒子与大宇宙,1/32,目标导航,预习导引,2/32,目标导航,预习导引,二,一,三,3/32,目标导航,预习导引,二,一,在利用重核裂变制成原子弹中,需不需要用镉制成控制棒,为何,?,答案,:,镉有吸收中子特征,吸收降低中子数目,能够控制能量释放速度,而原子弹需要在极短时间内释放大量核能,发生猛烈爆炸,不需要控制速度,故不需要镉棒,.,三,4/32,目标导航,二,一,预习导引,二、核电站、核能利用,1,.,核电站,利用反应堆工作时释放,热能,使水,汽化,以推进汽轮发电机发电装置,.,2,.,核能利用,(1),核能发电,.,(2),原子核物理试验制造各种放射性,同位素,.,3,.,核电站优缺点,(1),优点,:,消耗,“,燃料,”,极少,;,作为核燃料铀、钍等在地球上存放量大,;,对环境污染比火电站要小,.,(2),缺点,:,核废料难以处理,.,一旦发生核泄漏会造成严重核污染,.,三,5/32,目标导航,二,一,预习导引,当前世界上各个国家核电站是利用核裂变还是核聚变取得核能,?,答案,:,当前核裂变和平利用技术已经成熟,但核聚变控制技术尚处于试验阶段,.,所以当前世界上全部核电站都是利用核裂变来取得核能,.,三,6/32,目标导航,三,一,预习导引,二,三、小粒子与大宇宙,1,.,空间跨度,(1),大爆炸宇宙模型,:,大约,150,亿年前突然发生一次,大爆炸,其后逐步诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称为类星体遥远发光体等,经历,150,亿年演化成今天宇宙,.,(2),人类当前所能研究物质世界空间尺度,:,约从,10,-,15,m,到,10,27,m,共跨越了大约,42,个数量级,.,2,.,时间跨度,(1),宇宙年纪数量级,10,18,s,.,(2),微观粒子最短寿命,10,-,25,s,.,(3),物质世界时间尺度从,10,-,25,s,到,10,18,s,跨越了快要,43,个数量级,.,7/32,知识精要,思索探究,迁移应用,一,二,典题例解,一、核电站,1,.,核电站工作原理,原子弹杀伤力强大原因是核能在极短时间内释放出来,.,核电站是利用迟缓释放核能来发电,这是核能和平利用,.,现在世界上已经有不少国家建有核电站,我国已建成使用和正在建设核电站必将为当代化建设提供能源保障,.,2,.,核反应堆,核电站心脏,裂变反应堆是核电站,“,心脏,”,这是一个人工控制链式反应装置,能够使核能较平缓地释放出来,裂变反应堆结构和工作原理以下表,.,8/32,知识精要,思索探究,迁移应用,一,二,典题例解,9/32,知识精要,思索探究,迁移应用,一,二,典题例解,10/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,衰变反应为放热反应,为何核电站中反应堆采取核裂变放能,而不采取衰变放能,?,答案,:,衰变尽管也释放能量,不过自发进行,无法人为控制,而且释放能量较少,不能很好地利用,.,11/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,【例,1,】,原子反应堆是实现可控制重核裂变一个装置,它主要由四部分组成,(,),A.,原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调整系统,B.,原子燃料、减速剂、发烧系统、传热系统,C.,原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统,D.,原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统,12/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,解析,:,原子反应堆里用核燃料是用浓缩铀,(,铀,235,占,2%,4%),制成铀棒,;,铀,235,易俘获慢中子,不易俘获快中子,必须使用减,速剂,让快中子跟减速剂原子核碰撞后能量降低,变成慢中子,;,控制调整系统是用于调整中子数目以控制反应速度,它是由,镉做成置放在铀棒之间一些控制棒及计算机调整系统组,成,;,冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内热量传输出去,用于发电,同时使反应堆冷却,确保,安全,.,答案,:,A,13/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,14/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,094,型导弹核潜艇是中国最先进战略核潜艇,水下最大航速,为,45,节,(1,节,=,1,.,852 km/h),核反应堆最大输出功率为,4,.,5,万千,瓦,最大续航里程为,20,万海里,(1,海里,=,1,.,852 km),.,假设,1,个,92235,U,核裂变放出能量是,200 MeV,铀矿石含铀,235,浓度是,4%,求,:,(1),当核反应堆到达最大输出功率时,每秒最少有多少个铀,235,原子核发生裂变,?,(2),核潜艇一次最少要装入铀矿石多少千克,?,答案,:,(1)1,.,410,18,个,(2)220 kg,15/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,16/32,一,二,知识精要,思索探究,迁移应用,典题例解,17/32,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,二、粒子和宇宙,1,.,粒子分类,按照粒子与各种相互作用关系,能够将粒子分为三大类,:,强子、轻子和媒介子,以下表所表示,.,18/32,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,19/32,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,2,.,微观粒子与宏观宇宙统一,物理学向微观粒子和宇宙两个领域研究,今天得到了初步统一,统一场论在逐步形成,.,物理学完整、友好美在这里又得到了充分表达,.,物理学中研究最大和最小对象两个分支,宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起,如同一条怪蟒咬住自己尾巴,.,20/32,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,21/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,22/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,解析,:,(1),在核反应中,由质量数和电荷数守恒可知,A,正确,.,(2),E=,mc,2,=,8,.,1910,-,14,J,碰撞过程中遵照动量守恒,假如是产生一个光子,合动量为零,光子速度为零,与实际光子运动情况矛盾,.,答案,:,(1)A,(2)8,.,1910,-,14,遵照动量守恒,23/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,24/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,天文学家测得银河系中氦含量约为,25%,.,相关研究表明,宇宙,中氦生成路径有两条,:,一是在宇宙诞生后,3,分钟左右生成,;,二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部氢核聚变反应生,成,.,(1),把氢核聚变反应简化为,4,个氢核,(,11,H),聚变成氦核,(,24,He),同时,放出,2,个正电子,(,10,e),和,2,个中微子,(,e,),请写出该氢核聚变反应,方程,并计算一次反应释放能量,;,(2),研究表明,银河系年纪约为,t=,3,.,810,17,s,每秒钟银河系产,生能量约为,110,37,J(,即,P=,110,37,J/s),.,现假定该能量全部来,自上述氢核聚变反应,试估算银河系中由此产生氦含量,(,最,后结果保留一位有效数字,);,25/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,26/32,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,27/32,知识链接,案例探究,28/32,知识链接,案例探究,29/32,知识链接,案例探究,1964,年,10,月,16,日,我国在新疆罗布泊沙漠成功地,进行了第一颗原子弹试验,结束了中国无核时代,.,(1),原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量,因为,裂变物质体积超出临界体积而爆炸,.,完成下面核裂变反应方程式,:,30/32,知识链接,案例探究,31/32,知识链接,案例探究,32/32,
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