人教版高中物理選擇性必修第三冊第五章原子核第4節(jié)核裂變與核聚變 第5節(jié)“基本”粒子課件

物理第五章原子核第4節(jié)核裂變與核聚變第5節(jié)“基本”粒子[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生條件。2．了解裂變反應(yīng)堆的類型，知道核電站的工作模式。3．知道聚變反應(yīng)，關(guān)注受控聚變反應(yīng)研究的進(jìn)展。4．會(huì)分析和計(jì)算核裂變和核聚變過程釋放的核能。5．初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。中子核能3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(1)由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的____________。(2)通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的____________，相應(yīng)的質(zhì)量叫作____________。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)臨界體積臨界質(zhì)量知識(shí)點(diǎn)2反應(yīng)堆與核電站1．核反應(yīng)堆：通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為____________。2．慢化劑：反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有______、______和_________。3．控制棒：為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，鎘吸收______的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，可將其插入___一些，多吸收一些______，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，這種鎘棒叫作_________。核反應(yīng)堆石墨重水普通水中子深中子控制棒4．核污染的處理為避免______對人體的傷害和_______________對水源、空氣和工作場所造成放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的_________，用來屏蔽核裂變產(chǎn)物放出的各種射線。核廢料具有很強(qiáng)的_________，需要裝入特制的容器，____________。射線放射性物質(zhì)水泥層放射性深埋地下質(zhì)量較大10－15m溫度熱核反應(yīng)4．優(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變_______________。(2)地球上__________________儲(chǔ)量豐富，而氚可以利用鋰來制取，足以滿足核聚變的需要。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法：_________和慣性約束。產(chǎn)能效率高核聚變?nèi)剂想偶s束[判一判]1．(1)鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象。(

)(2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進(jìn)行下去。(

)(3)控制棒是通過吸收中子多少來控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度的。(

)(4)核聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量比裂變時(shí)小一些。(

)×√√×知識(shí)點(diǎn)4發(fā)現(xiàn)新粒子1．新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了_________，1937年發(fā)現(xiàn)了____，1947年發(fā)現(xiàn)了_______和_______及以后的超子等。2．反粒子：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，存在著這樣一類粒子，它們的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子______，而電荷等其他性質(zhì)______，這些粒子叫作反粒子。例如，電子的反粒子就是_________。正電子μ子K介子π介子相同相反正電子知識(shí)點(diǎn)5粒子的分類1．強(qiáng)子：強(qiáng)子是______強(qiáng)相互作用的粒子。______和______都是強(qiáng)子。2．輕子：輕子_________強(qiáng)相互作用。最早發(fā)現(xiàn)的輕子是______。3．規(guī)范玻色子：規(guī)范玻色子是______各種相互作用的粒子。光子傳遞____________作用，中間玻色子傳遞_________作用，膠子傳遞_________作用。4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)。參與質(zhì)子中子不參與電子傳遞電磁相互弱相互強(qiáng)相互[判一判]2．(1)質(zhì)子、中子和電子都是不可再分的基本粒子。(

)(2)質(zhì)子和反質(zhì)子的電荷量相同，電性相反。(

)×√1．(核裂變)在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是(

)A．使用濃縮鈾B．改變鈾塊的臨界體積C．通過自動(dòng)控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變中子數(shù)D．利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度√√解析：X原子核中的核子數(shù)為(235＋1)－(94＋2)＝140個(gè)，B錯(cuò)誤；中子數(shù)為(235－92)＋1－(94－38)－2＝86個(gè)，A正確；裂變時(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損,但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的,C、D錯(cuò)誤。3．(核聚變)在大約50至60億年之后，太陽內(nèi)部的氫元素幾乎會(huì)全部消耗殆盡，核心將發(fā)生坍縮。在太陽核心發(fā)生坍縮前，太陽的能量來源于內(nèi)部的核反應(yīng)，下列關(guān)于太陽的核反應(yīng)的說法錯(cuò)誤的是(

)A．核反應(yīng)是太陽內(nèi)部的核裂變B．核反應(yīng)需要達(dá)到極高溫度C．核反應(yīng)前后核子的平均質(zhì)量減小D．核反應(yīng)前后核子總質(zhì)量數(shù)不變√解析：核反應(yīng)是太陽內(nèi)部的核聚變，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)需要達(dá)到極高溫度，故B正確；核反應(yīng)前后釋放能量，質(zhì)量虧損，核子的平均質(zhì)量減小，故C正確；核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，核子總質(zhì)量數(shù)不變，故D正確。4．(粒子的分類)以下說法正確的是(

)A．最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是中子B．質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子C．強(qiáng)子、輕子都有內(nèi)部結(jié)構(gòu)D．τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子√解析：最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，A錯(cuò)誤；質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子，B正確；強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克組成，輕子沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，C錯(cuò)誤；τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但τ子仍屬于輕子，D錯(cuò)誤。5．(基本粒子)現(xiàn)在科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”，所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符號(hào)相反。據(jù)此，若有反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為(

)A．－4，－2

B．4，－2C．－4，2 D．4，2解析：因“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量、相同的電荷量,但電荷的符號(hào)相反。所以，反α粒子質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為－2?！烫骄恳恢睾肆炎兊姆治?．鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。3．裂變反應(yīng)的能量鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。√√探究二核電站的工作原理及能量轉(zhuǎn)化1．反應(yīng)堆工作原理(1)熱源：在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，如圖為簡化的核反應(yīng)堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?便于鈾235的吸收，發(fā)生裂變。慢化劑附在鈾棒周圍。(2)控制棒：鎘棒的作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以也叫控制棒?？刂瓢舨迦肷钜恍?，吸收中子多，反應(yīng)速度變慢，插入淺一些，吸收中子少，反應(yīng)速度加快，采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒插入深度，就能控制核反應(yīng)的劇烈程度。(3)冷卻劑：核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動(dòng)蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì)，很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面。2．核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小?！纠?】(2024·江西開學(xué)考試)我國玲龍一號(hào)(ACP100)是全球首個(gè)陸上商用模塊化小型核反應(yīng)堆，被稱為“核能移動(dòng)充電寶”，可以作為我國將來的核動(dòng)力航母的動(dòng)力和電能來源。下列說法正確的是(

)A．玲龍一號(hào)核反應(yīng)堆的核燃料取自海水中的氘B.玲龍一號(hào)原理利用輕核的聚變釋放核能C．玲龍一號(hào)利用重核裂變釋放的核能來發(fā)電D．玲龍一號(hào)利用比結(jié)合能大的核變成比結(jié)合能小的核來獲得核能√[解析]

玲龍一號(hào)利用重核的裂變釋放的核能來發(fā)電，用中子轟擊鈾核裂變成中等質(zhì)量的核，同時(shí)放出幾個(gè)中子，故A、B錯(cuò)誤，C正確；中等質(zhì)量的核比結(jié)合能最大，則玲龍一號(hào)是利用比結(jié)合能小的核變成比結(jié)合能大的核來獲得核能的，故D錯(cuò)誤。[針對訓(xùn)練2]

(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法正確的是(

)A．鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能√√√解析：

鈾棒是核燃料，裂變時(shí)可放出能量，故A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故B正確；慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，故C錯(cuò)誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，故D正確。探究三核聚變及核能的計(jì)算1．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動(dòng)能。要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應(yīng)從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)。3．核聚變的特點(diǎn)(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。4．核聚變的應(yīng)用(1)核武器——?dú)鋸?，一種不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大3～4倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多重核裂變輕核聚變原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富。

1L海水中大約有0.03g氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng)可控性速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它【例4】兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量為