高中物理 第5章 核能與社會 5.2 裂變及其應用學案 滬科版選修35

1、5.2裂變及其應用學習目標重點難點1知道重核裂變能放出巨大的能量。2記住鏈式反應發(fā)生的條件。3會計算重核裂變過程釋放的核能。4知道核電站的工作模式。重點：計算重核裂變過程釋放的核能。難點：核反應堆的結構、原理。一、鈾核的裂變1核裂變：重核分裂為中等質量的核，釋放出核能的反應。2中子轟擊鈾235，使鈾核分裂為兩個質量差不多的新原子核，同時放出幾個中子。預習交流1鈾核裂變產生的兩個新原子核是唯一確定的嗎？答案：鈾核裂變產生的新原子核是多種多樣的，有時裂變?yōu)殡▁e）和鍶（sr），有時裂變?yōu)殇^（ba）和氪（kr），有時裂變?yōu)殇R（sb）和鈮（nb），有時還可以分裂為3個或4個原子核。二、鏈式反應及其條

2、件1鏈式反應：鈾核裂變時放出2到3個中子，這些中子又轟擊其他鈾核，使裂變反應不斷進行下去，這種反應叫鏈式反應。2鏈式反應的條件：裂變物質能發(fā)生鏈式反應的最小體積叫臨界體積，相應的質量叫臨界質量。若要鏈式反應持續(xù)發(fā)生，裂變物質的體積（或質量）要大于或等于臨界體積（或臨界質量）。預習交流2為什么鈾核俘獲一個中子發(fā)生裂變后，還會引起其他鈾核也發(fā)生一連串裂變呢？答案：因為鈾核俘獲一個中子發(fā)生裂變時，會放出23個中子，這些中子又會轟擊其他鈾核，使之發(fā)生裂變。三、裂變反應堆1裂變反應堆的基本構造：裂變材料（核燃料）、慢化劑（減速劑）、控制棒、反射層、熱交換器和防護層。2裂變反應堆的常見類型：重水堆、高溫氣

3、冷堆、快中子增值反應堆。3核電站的工作模式：以核反應堆為能源，用它產生高溫、高壓蒸汽，取代發(fā)電廠的鍋爐，從而進行發(fā)電。預習交流3原子彈和核電站一樣都是利用鈾核裂變釋放能量的，為什么原子彈不需要設置鎘棒控制核反應速度？答案：原子彈需要在極短時間內釋放出全部核能，發(fā)生猛烈爆炸，故不需要用鎘棒吸收中子控制反應速度。一、鈾核裂變及鏈式反應要使鈾核裂變的核反應持續(xù)進行下去，有必須滿足的條件嗎？答案：要使鈾核裂變持續(xù)進行下去，必須滿足鈾核的體積（或質量）要大于或等于其臨界體積（臨界質量）。如果鈾塊的體積太小，小于鈾塊的臨近體積，則鈾核裂變放出的中子會逸出鈾塊，從而中斷核反應的持續(xù)發(fā)生。關于鈾核裂變，下述說

4、法正確的是（）。a鈾核裂變的產物是多種多樣的，但只能裂變成兩種b鈾核裂變時還能同時釋放23個中子c為了使裂變的鏈式反應容易進行，最好用濃縮鈾235d鈾塊的體積對產生鏈式反應無影響答案：bc解析：鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產物是多種多樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個中子，鈾235受中子的轟擊時，裂變的概率大，且可以俘獲各種能量的中子而引起裂變，而鈾238只有俘獲能量在1 mev以上的中子才能引起裂變，且裂變的概率小，濃縮的的鈾235更好，而要引起鏈式反應，需使鈾塊體積超過臨界體積。故上述選項b、c正確。重核裂變的規(guī)律：1反應特點：重核裂變成兩

5、個或三個中等質量的核。2裂變過程滿足質量數守恒和電荷數守恒。3裂變過程有質量虧損，放出核能。4利用裂變產生的中子轟擊其他鈾核，能引起鏈式反應。二、核反應堆核反應堆的目的是讓核能平穩(wěn)、可控地釋放出來。你能對核反應堆的結構及作用做一個梳理嗎？答案：核反應堆的結構及作用：組成部分材料作用裂變材料（核燃料）濃縮鈾（u）提供核燃料慢化劑（減速劑）石墨、重水或普通水使裂變產生的快中子減速控制棒鎘吸收減速后的中子，控制反應速度反射層石墨阻止中子逃逸熱交換器水產生高溫蒸汽，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電防護層金屬套和鋼筋混凝土防止射線對人體及其他生物體的侵害在可控制反應堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作慢化劑

6、。中子在重水中可與h核碰撞減速，在石墨中與c核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。其反應堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作慢化劑，哪種減速效果更好？答案：見解析解析：設中子質量為mn，靶核質量為m，由動量守恒定律：mnv0mnv1mv2由能量守恒：mnvmnvmv解得：v1v0在重水中靶核質量：mh2mn，v1hv0v0，在石墨中靶核質量：mc12mb，v1cv0v0與重水靶核碰后中子速度減小，故重水減速效果更好。1核電站的核心部分是核反應堆，在核反應堆中，持續(xù)進行著人工控制的核裂變鏈式反應，裂變釋放的核能通過蒸汽輪機轉化為電能。2在常規(guī)能源

7、日趨緊張的情形下，大力發(fā)展新能源是世界各國共同面臨的挑戰(zhàn)，而新能源利用中比較成熟的鈾核裂變轉變的電能占有較大的份額，核電站發(fā)展最好的法國，核電比例已達總發(fā)電量的76%。1利用重核裂變釋放核能時選用鈾235核，主要原因是（）。a它裂變放出核能比其他重核裂變多b它可能分裂成三部分或四部分c它能自動裂變，與體積無關d它比較容易發(fā)生鏈式反應答案：d解析：鈾235俘獲任何能量的中子都會發(fā)生裂變反應，吸收低能量的中子裂變的幾率更大，d項正確。2人類通過鏈式反應利用核能的方式有（）。a利用可控制的快中子鏈式反應，制成原子彈b利用不可控制的快中子鏈式反應，制成原子彈c利用可控制的慢中子鏈式反應，建成原子反應堆

8、d利用不可控制的慢中子鏈式反應，建成原子反應堆答案：c3為使鏈式反應平穩(wěn)進行，可采用下列辦法中的（）。a鈾塊可制成任何體積b鈾核裂變釋放的中子可直接去轟擊另外的鈾核c通過慢化劑使產生的中子減速d用鎘棒作為減速劑使中子減速答案：c4為應對能源危機和優(yōu)化能源結構，提高清潔能源的比重，我國制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風能和再生能源的政策，在核電中長期發(fā)展規(guī)劃中要求2020年核電運行裝機總容量達到4 000萬千瓦的水平，請根據所學物理知識，判斷下列說法中正確的是（）。a核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小b核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大c所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能d重核裂變是非常清潔的能源，無任何污染答案：ac解析：目前核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核裂變在核反應堆中應用的是比較清潔的能源，但也有一定的污染，故a、c正確，b、d錯誤。5在核反應中，控制鈾235核裂變反應速度的方法是（）。a使用濃縮鈾b改變鈾塊的臨界體積c通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變反應堆中的中子數目d利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度答案：c解析：控制核反應堆中核反應的速度是靠調節(jié)中子數來實現的，故只有c正確。6edbc3191f2351dd815ff33d4435f3756edbc3191f2351dd815f