高中物理選修三5.5核能的利用與環(huán)境保護(hù)教案2

5.5核能利用與環(huán)境保護(hù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知道什么是反應(yīng)堆，了解反應(yīng)堆的工作原理．2、知道什么是核電站，了解我國(guó)核電站的發(fā)展．【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】了解物質(zhì)世界的時(shí)間跨度和空間跨度．【教學(xué)過(guò)程】一、反應(yīng)堆1．受控?zé)岷朔磻?yīng)是人類對(duì)核聚變能量的利用．2．核反應(yīng)堆的建造是人類對(duì)核裂變能量的利用．3．核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置．核反應(yīng)堆用天然鈾或濃縮鈾制成鈾棒作為核燃料；用石墨、重水作為減速劑使中子減速；為調(diào)節(jié)中子數(shù)以控制反應(yīng)速度需用鎘棒作為控制棒；為控制反應(yīng)堆的溫度，需要用水、液體金屬鈉等流體作為冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，不斷帶走熱能，同時(shí)可以用來(lái)輸出熱能加以利用；在反應(yīng)堆外面修建很厚的水泥防護(hù)層來(lái)屏蔽射線，將放射性廢料裝入特制的容器，埋入地層深處來(lái)處理．二、核電站核能利用1．核電站：利用反應(yīng)堆工作時(shí)釋放出的熱能使水汽化以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電．2．核能利用：發(fā)電，制造核動(dòng)力潛艇、核動(dòng)力破冰船、核動(dòng)力航空母艦，進(jìn)行原子核物理實(shí)驗(yàn)，制造各種放射性同位素．三、從小粒子到大宇宙——空間跨度人類目前所能研究的物質(zhì)世界的空間尺度，約從10－15m到1027m，共跨越了大約42個(gè)數(shù)量級(jí)．四、從粒子壽命到宇宙年齡——時(shí)間跨度物質(zhì)世界的時(shí)間尺度，約從10－25s到1018s，共跨越了將近43個(gè)數(shù)量級(jí)．核電站1．核電站是使原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在人工控制下進(jìn)行，使釋放的核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再由蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，使核能為人類和平建設(shè)服務(wù)．2．核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，反應(yīng)堆用的核燃料是濃縮鈾235，它的主要部件列表如下：慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料少，一座百萬(wàn)千瓦的核電站，一年只消耗濃縮鈾30t左右，而同樣功率的火電站每年要消耗250萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤．(2)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小．核能的利用與環(huán)境保護(hù)1．核原料提供的能量巨大，1kg鈾全部釋放的能量大約相當(dāng)于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量．地球上的一般常規(guī)能源都無(wú)法跟核能相比．除鈾外，釷也是一種裂變材料，它比鈾更豐富，如果能把釷利用起來(lái)，核電的發(fā)展前景將更為廣闊．熱核反應(yīng)所需的氘如前所述更是儲(chǔ)量豐富．核原料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，如：一座100萬(wàn)千瓦核電站一年所需原料鈾，只需6輛卡車就可全部運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)．核電站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵，有利于環(huán)境保護(hù)．2．核電站為防止放射性物質(zhì)的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化鈾陶瓷體燃料芯塊滯留裂變產(chǎn)物，外面密封鋯合金包殼，第三道是壓力邊界，第四道是安全殼．這些措施大大提高了核能利用的安全性．對(duì)核廢料先回收利用，剩下的廢料就很少了，將其中低放射性廢料進(jìn)行瀝青固化或水泥固化后，儲(chǔ)存在地下淺層廢料庫(kù)，對(duì)高放射性的廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫(kù)．加之實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等措施都降低了對(duì)環(huán)境污染的可能性．【素養(yǎng)提升】1．根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()A．夸克、輕子、膠子等粒子B．質(zhì)子和中子等粒子C．光子、中微子和電子等粒子D．氫核、氚核、氦核等輕核解析：選A.宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子組合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，因此A正確．2．鎘棒在核反應(yīng)堆中所起的作用是()A．使快中子變成慢中子B．使慢中子變成快中子C．使反應(yīng)速度加快D．控制反應(yīng)速度，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度的快慢解析：選D.在核反應(yīng)堆中石墨起變快中子為慢中子的作用．鎘棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反應(yīng)速度、調(diào)節(jié)功率大小的作用，故D正確．3．秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)6×105kW發(fā)電機(jī)組已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電．發(fā)電站的核能來(lái)源于eq\o\al(235,92)U的裂變，下列說(shuō)法正確的是()A．反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度通常是采用調(diào)節(jié)eq\o\al(235,92)U的體積來(lái)控制的B．eq\o\al(235,92)U的一種可能裂變?yōu)閑q\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，升高溫度后它的半衰期會(huì)縮短D．雖然核電站能提供很大的能量，但它對(duì)環(huán)境的污染比火電站嚴(yán)重解析：選B.反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度由控制棒(鎘棒)吸收中子的多少來(lái)控制，A錯(cuò)；eq\o\al(235,92)U裂變有多種可能性，這是其中常見的一種，B對(duì)；放射性元素的半衰期由原子核本身決定，與溫度、壓強(qiáng)等外界條件無(wú)關(guān)，C錯(cuò)；核電站的核能是清潔能源，污染少，D錯(cuò)．4．(多選)如圖所示，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)2007年2月15日公布核輻射警示新標(biāo)志，新標(biāo)志為黑框紅底三角，內(nèi)有一個(gè)輻射波標(biāo)記、一個(gè)骷髏頭標(biāo)記和一個(gè)逃跑的人形．核輻射會(huì)向外釋放三種射線：α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電．現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)原子核原來(lái)都靜止在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中一個(gè)核放出一個(gè)α粒子，另一個(gè)核放出一個(gè)β粒子，得出如圖所示的四條徑跡，則()A．磁場(chǎng)的方向一定垂直于紙面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a(chǎn)為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡解析：選BD.由于不知道它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無(wú)法判斷磁場(chǎng)是向里還是向外，A錯(cuò)；衰變過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒，釋放粒子與新核的動(dòng)量大小相等、方向相反，根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)不難分析：若軌跡為外切圓，則為α衰變；若軌跡為內(nèi)切圓，則為β衰變．又因?yàn)镽＝eq\f(mv,qB)知半徑與電荷量成反比，可知答案為B、D項(xiàng)．5．每晝夜消耗220g鈾235的原子能發(fā)電站，如果效率為25%，它能產(chǎn)生的電功率為多大？(每個(gè)鈾核裂變時(shí)放出的能量是200MeV)解析：一晝夜消耗的鈾所產(chǎn)生的核能