粵教物理選修3546核能利用學案

1、4.6 核能利用 學案【學習目標】(1)知道核反應堆和核電站(2)了解裂變反應堆的工作原理，了解常用裂變反應堆的類型(3)知道核電站的工作模式，了解核能的發(fā)展前景【學習重點】核反應堆的工作原理【知識要點】一、 反應堆核反應堆是核電站的心臟它是人工控制鏈式反應的裝置，可以使核能較平緩的釋放出來其結構如下表：裂變材料(核燃料)一般用濃縮鈾(鈾235占3一4)，通常做成棒狀，置于反應堆的中心部分慢化劑(減速劑)通常用石墨、重水或普通水，其作用是使裂變產生的快中子通過慢化劑而減速，使它容易被鈾235吸收控制棒用鎘或硼鋼制成，用來吸收減速后的中子，控制反應強度當反應太強時，控制棒能自動插入多吸收些中子；

2、當反應強度不夠時，控制棒能自動抽出一些，少吸收一些中子反射層一般用石墨做材料，安放在反應堆中心區(qū)周圍，阻止中子逃逸熱交換器核反應堆中釋放的能量大部分轉化為熱能利用水循環(huán)，產生高溫高壓的蒸汽。從而推動蒸汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電防護層由金屬套、防止中予外逸的水層以及l(fā)-2 m厚的鋼筋混凝土構成，可有效地防止射線對人體及其他生物體的侵害說明：裂變反應堆常見的類型有：重水堆、高溫氣冷堆、快速中子增殖反應堆等 ；為防止射線泄漏和核廢料污染，在反應堆的外面需建很厚的水泥防護層，要對核廢料進行特殊密封并深埋于地下深層 二、核電站的工作模式核電站是以核反應堆為能源，產生高壓蒸汽，取代發(fā)電廠的鍋爐，其余部分與火力發(fā)

3、電廠基本相同如課本圖所示，它主要由裂變反應堆、第一回路系統(tǒng)、第二回路系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成三、核能的利用1核武器：如原子彈、氫彈2核電站：除發(fā)電外，反應堆還可提供大量中子用來進行各種物理實驗，制造各種放射性同位素3核動力：如核動力潛艇、核動力破冰船、核動力航空母艦、核動力太空探測器等【典型例題】例題1、下列核反應中，表示核裂變的是（ ）A、 B、C、 D、分析：核反應中有四種不同類型的核反應，它們分別是衰變、人工轉變、重核裂變、輕核聚變。其中衰變中有衰變、衰變等。是衰變， 是衰變，是人工轉變，只的C選項是重核裂變。解：表示核裂變的是C 例題2、秦山核電站第一期工程裝機容量為30萬kW，如果1g

4、鈾235完全裂變時產生的能量為8.21010 J，并且假定產生的能量都變成了電能，那么，每年要消耗多少鈾235?（一年按365天計算）學生回答： 解：核電站每天的發(fā)電量為W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J，每年的發(fā)電量W總=365W=9.46×1015 J而1 g鈾完全裂變時產生的能量為：8.2×1010 J所以，每年消耗的鈾的量為：點評：培養(yǎng)學生推理及公式演算的能力。注意速度單位的換算，運算過程中帶單位運算。適當進行愛國主義教育。例題3、水（包括海水）是未來的“煤炭”，能從根本上解決人類能源問題。這是

5、指 （填“氫能”、“核能”、“氫能和核能”）和利用。請說明理由。解析：核能： 因為海水中含有大量核聚變的材料氘，通過核聚變能夠釋放大量的核能。 核能和氫能：因為海水中含有大量核聚變的材料氘，通過核聚變能夠釋放大量的核能。氫能有便于儲存與運輸?shù)膬?yōu)點，也可以為解決能源問題做出貢獻?！具_標訓練】1. 下列說法錯誤的是 ( )A原子核分裂成核子時會放出核能B粒子散射實驗使人們認識到原子核本身有復雜的結構C根據(jù)玻爾的原子理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，原子能級的能量也越大D氡222衰變成釙218，半衰期為3.8天，因此200個氡222原子核經過3.8天后剩下90個2.一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子，向低

6、能級躍遷時，可能發(fā)射的譜線為 ( )A 3條 B 4條 C 5條 D 6條3.已知氫原子核外電子的第一條可能軌道半徑為rl，此時氫原子的能量為E1，當核外電子在第n條可能軌道上時，有 ( )A 其軌道半徑為rn=n2r1B氫原子的能量為En=E1/n2，由此可見n越大，能量越小C氫原子在不同能量狀態(tài)之間躍遷時，總能輻射出一定波長的光子D氫原子由能量狀態(tài)En躍遷到能量狀態(tài)En-1時，其輻射光子的波長為4.某放射性元素，在15h內衰變了全部原子核的7/8，則其半衰期為 ( )A 10h B 7.5h C 5h D 3h5. (釷)經過一系列和衰變，變成 (鉛)，下列說法正確的是 ( )A鉛核比釷核

7、少8個質子 B鉛核比釷核少16個中子C共經過4次衰變和6次衰變 D共經過6次衰變和4次衰變6盧瑟福提出原子的核式結構學說的依據(jù)是用粒子轟擊金鉑，實驗中發(fā)現(xiàn)粒子( )A全部穿過或發(fā)生很小偏轉 B絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉，有的甚至被彈回C全部發(fā)生很大偏轉 D絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過7在極短的距離上，核力將一個質子和一個中子吸引在一起形成一個氘核，下述說法中正確的是 ( )A氘核的能量大于一個質子和一個中子能量之和B氘核的能量等于一個質子和一個中子能量之和C氘核的能量小于一個質子和一個中子能量之和D氘核若分裂為一個質子和一個中子時，一定要放出能量8關于質能方程，下列說

8、法正確的是 ( )A人質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量B物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值C物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關系D某一定量的質量總是與一定量的能量相聯(lián)系的9當一個中子和一個質子結合成氘核時，產生光子輻射，對這一實驗事實，下列說法正確的是 ( )A核子結合成原子核時，要放出一定的能量 B原子核分裂成核子時，要放出一定的能量C光子的質量為零，氘核的質量等于中子與質子的質量之和D光子具有一定的能量，氘核的質量小于中子與質子的質量之和10原子核A經衰變(一次)變成原子核B，原子核B再經衰變(一次)變成原子核C，則下列說法

9、中哪些說法是正確的? ( )A核A的中子數(shù)減核C的中子數(shù)等于2 B核A的質子數(shù)減核C的質子數(shù)等于5C原子核為A的中性原子的電子數(shù)比原子核為B的中性原子中的電子數(shù)少1D核C的質子數(shù)比核A的質子數(shù)少111氫原子核外電子由一個軌道向另一個軌道躍遷時，可能發(fā)生的情況是 ( )A原子吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大，原子的能量增大B原子放出光子，電子的動能減少，原子的電勢能減少，原子的能量減少C原子吸收光子，電子的動能減少，原子的電勢能增大，原子的能量增大D原子放出光子，電子的動能增加，原子的電勢能減少，原子的能量減少12氫原子從第4能級躍遷到第2能級發(fā)出藍光，那么，當氫原子從第5能級躍遷到第

10、2能級應發(fā)出 ( )AX射線 B紅光 C黃光 D紫光13氫原子第一能級是-13.6eV，第二能級是-3.4eV如果一個處于基態(tài)的氫原子受到一個能量為11eV的光子的照射，則這個氫原子 ( )A吸收這個光子，躍遷到第二能級，放出多余的能量B吸收這個光子，躍遷到比第二能級能量稍高的狀態(tài)C吸收這個光子，躍遷到比第二能級能量稍低的狀態(tài)D不吸收這個光子14. 處于靜止狀態(tài)的原子核X經歷一次衰變后變成質量為M的Y原子核，放出的粒子垂直射人磁感應強度為B的勻強磁場，測得其做圓周運動的半徑為r，已知粒子的質量為m，電量為q，設衰變過程中出現(xiàn)的能量全部轉化為新核和粒子的動能求此衰變過程虧損的質量15. 核聚變能

11、是一種具有經濟性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源.近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關鍵技術，最終將建成商用核聚變電站.一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子若已知氘原子的質量為，氚原子的質量為，氦原子的質量為4.0026u，中子的質量為1.0087u，.(1)寫出氘和氚聚合的反應方程.(2)試計算這個核反應釋放出來的能量.(3)若建一座功率為的核聚變電站，假設聚變所產生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質量？（一年按計算，光速，結果取二位有效數(shù)字）16.圖示為氫原子能級示意圖，現(xiàn)有每個電子的動能都是Ee

12、=12.89eV的電子束與處在基態(tài)的氫原子束射入同一區(qū)域，使電子與氫原子發(fā)生迎頭正碰。已知碰撞前一個電子和一個原子的總動量為零。碰撞后，氫原子受到激發(fā)，躍遷到n4的能級。求碰撞后一個電子和一個受激氫原子的總動能。已知電子的質量與氫原子的質量之比為。17.如圖所示，在半徑為r的圓形區(qū)域內有磁感應強度為B，方向垂直紙面向里的勻強磁場，磁場區(qū)域的邊界上有a、 b、c三點，三點與圓心O的連線互成1200角度某時刻靜止在b點處的原子核X發(fā)生衰變，粒子沿bc連線方向射入磁場，經磁場偏轉后恰好由a點射出且與ac連線相切已知粒子的質量為m，電量為2e，剩余核質量為M，衰變過程釋放的核能全部轉化為動能，求原子核

13、X的質量 18. 兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核，已知氘核質量為2.0136 u，氦核質量為3.0150u，中子的質量為1.0087u。（1）寫出聚變方程，求出釋放能量；（2）若反應前兩氘核的動能均為0.35 MeV，正面相碰發(fā)生反應，且反應中釋放的結合能全部變?yōu)閯幽?，則反應后氦核和中子的動能各為多少？【達標訓練參考答案】12345678910111213ABDDADCABDBCBDADCDCDDD14.解：粒子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，所以，粒子的動能 X核衰變后生成的新核Y的速度設為u,則依據(jù)動量守恒有Mu=mv，所以Y核的動能衰變過程釋放的總能量E=E+EM . 釋放的能量由衰變過程虧損的質量轉化而來，根據(jù)質能方程E=mc2，得虧損的質量為15.解：（1） （2） （3）一年中產生的電能發(fā)生的核反應次數(shù)為 所需氘的質量 16.解：已ve和vH表示碰撞前電子的速率和氫原子的速率，根據(jù)題意有 碰撞前，氫原子與電子的總動能為 解兩式并代入數(shù)據(jù)得 eV 氫原