2020-2021学年5 “基本”粒子课文配套ppt课件

这是一份2020-2021学年5 “基本”粒子课文配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了目标体系构建，思维脉络，课前预习反馈，知识点1，核裂变的发现，核裂变，链式反应，临界体积，临界质量，核反应堆等内容，欢迎下载使用。

4．核裂变与核聚变5．“基本”粒子
【学习目标】1．知道核裂变反应及链式反应的条件。2．知道裂变反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程。3．了解聚变反应及条件。会判断和填写核聚变方程，并能计算聚变释放的能量。4．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。
3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使_________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的_________。4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于____________或裂变物质的质量大于____________。
1．核能释放的控制：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为____________。2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有________、________和__________ (也叫轻水)。
3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收________的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入______一些，多吸收一些________，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作__________。4．能量输出：核燃料________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外____________，把反应堆内的________传输出去，用于________。说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。
4．优点：(1)轻核聚变______________。(2)地球上____________的储量丰富。(3)轻核聚变更为______________。5．约束方法有__________和惯性约束。
1．基本粒子不基本(1)直到19世纪末，人们都认为________、电子、________和中子是基本粒子。(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上____________组成的，并发现______________等本身也有复杂结构。
2．发现新粒子(1)新粒子：1932年发现了_________，1937年发现了_______，1947年发现了__________和__________及以后的超子等。(2)粒子的分类：大体可分为________、________、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。(3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由________构成的。说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。
『判一判』(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。(　　)(2)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。(　　)(3)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。(　　)
(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　)(5)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。(　　)(6)质子、中子不能再分。(　　)(7)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。(　　)
『选一选』山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。核电站与火电站相比较，下列说法错误的是(　　)A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭C．在经济效益方面核电与火电不相上下D．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理
解析：核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A正确；就可采储量所提供的能量来说，核燃料资源远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B错误；在经济效益方面核电与火电不相上下，C正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D正确。
『想一想』万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗？答案：来源于太阳内部的核聚变反应
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡
(1)巨大的核能是从哪里来的？(2)在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？提示：(1)铀核的裂变(2)不需要
1．铀核的裂变(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形式。(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。
2．链式反应的条件(1)要有足够浓度的235U(2)要有足够数量的慢中子(3)铀块的体积要大于临界体积3．裂变反应的能量铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
　　　　　关于重核裂变，下列说法正确的是(　　)A．重核裂变成中等核要吸收能量B．中子进入铀块中时，一定能发生链式反应C．重核裂变过程中质量数减少D．较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出核能
解析：中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定。如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量。由此知A错误，D正确；当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，B错误；核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，C错误。
1．(2021·天津一中高二下学期月考)在海军建军70周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇093改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇是以核反应堆作动力源。
解析：β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，故A错误；质量数较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故B错误；质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误。
如图所示为核电站工作流程示意图(1)核电站的核心设施是什么？(2)核电站是如何实现能量的转化与转移的？
提示：(1)核电站的核心设施是核反应堆。(2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来，推动汽轮机工作。
1．核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆 ，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：
2．反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案： BC
解题指导：深入理解核反应堆的工作原理，是处理该类问题的关键。解析：根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误。
2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成，它们是(　　)A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、慢化剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统解析：原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统四部分组成，故A正确。
如图为氢弹原理示意图。(1)核聚变需要满足什么条件？(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？提示：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m。(2)它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
1．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。2．聚变发生的条件要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。
3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。
太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量为2×1030 kg，太阳向周围空间辐射能量的总功率为3.8×1026 W。(1)写出上述聚变反应的方程；(2)已知质子质量mp＝1.67×10－27 kg，氦核质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量me＝9.0×10－31 kg，光速c＝3.0×108 m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量；
(3)根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？解题指导：(1)聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。(2)核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损，然后根据爱因斯坦质能方程求解。(3)由m＝tΔm求时间。
解析：方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，选项A错误而B正确；由质量数和电荷数守恒得，k＝10，d＝1，选项C正确而D错误。
如图所示为粒子发展示意图。(1)为什么现在将“基本”二字去掉，统称为粒子？(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？
提示：(1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子。(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
1．新粒子的发现及特点
2．夸克模型(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
　　　　　在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。
此过程遵循动量守恒定律　
解题指导：(1)由核反应过程质量数和电荷数守恒判断。(2)根据E＝Δmc2和动量守恒求解。
解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。
轻核聚变与重核裂变的区别
解析：A．是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；B．是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故B错误；C．是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C正确；D．是人工核反应，需要高能α粒子，在月球上不宜实现，故D错误。
关于此核聚变，以下说法正确的是(　 　)A．要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核拥有很大的动能B．Z＝0，M＝1C．1 mL氘核和1 mL氚核发生核聚变，可以放出17.6 MeV的能量D．聚变比裂变更安全、清洁