人教物理選修1-2第03章第0405節(jié)教材

1、第五節(jié)核能的利用第五節(jié)核能的利用學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，能根據(jù)知道裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，能根據(jù)裂變方程計(jì)算裂變放出的能量裂變方程計(jì)算裂變放出的能量2 .知道聚變和聚變反應(yīng)的特點(diǎn)、條件知道聚變和聚變反應(yīng)的特點(diǎn)、條件3 .會(huì)寫聚變方程，能根據(jù)聚變方程計(jì)算放出的能會(huì)寫聚變方程，能根據(jù)聚變方程計(jì)算放出的能量量4 .知道什么是核反應(yīng)堆，了解核電站放射性物質(zhì)知道什么是核反應(yīng)堆，了解核電站放射性物質(zhì)的處理方法的處理方法第第五五節(jié)節(jié)核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一

2、、核裂變一、核裂變1定義：使重核分裂成定義：使重核分裂成_質(zhì)量的原子核的核反應(yīng)質(zhì)量的原子核的核反應(yīng)2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生生_ ，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程3臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的_體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的_叫做臨界質(zhì)叫做臨界質(zhì)量量中等中等核裂變核裂變最小最小質(zhì)量質(zhì)量二、核聚變和受控?zé)岷朔磻?yīng)二、核聚變和受控?zé)岷朔磻?yīng)1核聚變核聚變(1)定義：由兩個(gè)定義：由兩個(gè)_結(jié)合成質(zhì)量較大的

3、核的反應(yīng)結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng).(2)條件：核聚變反應(yīng)必須在條件：核聚變反應(yīng)必須在_(達(dá)到幾百萬攝氏度達(dá)到幾百萬攝氏度)下進(jìn)行，下進(jìn)行，因此聚變也叫熱核反應(yīng)因此聚變也叫熱核反應(yīng)(3)特點(diǎn)：產(chǎn)能效率高；聚變?nèi)剂蟽?chǔ)量豐富；安全、清特點(diǎn)：產(chǎn)能效率高；聚變?nèi)剂蟽?chǔ)量豐富；安全、清潔潔2受控?zé)岷朔磻?yīng)：實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)的實(shí)驗(yàn)方案受控?zé)岷朔磻?yīng)：實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)的實(shí)驗(yàn)方案,目前有目前有_聚變和聚變和_聚變兩種聚變兩種輕核輕核高溫高溫磁約束磁約束慣性約束慣性約束三、核電站三、核電站核電站主要組成部分是常規(guī)島和核島，其熱源是核電站主要組成部分是常規(guī)島和核島，其熱源是_.四、核電站的常規(guī)島與核島四、核電站的常規(guī)島與

4、核島1由于核電站的發(fā)電系統(tǒng)與通常的熱電廠相同，所以安裝由于核電站的發(fā)電系統(tǒng)與通常的熱電廠相同，所以安裝這些設(shè)備的區(qū)域叫做常規(guī)島這些設(shè)備的區(qū)域叫做常規(guī)島2核反應(yīng)堆：用來釋放核燃料中的核反應(yīng)堆：用來釋放核燃料中的_的裝置叫核反應(yīng)堆，的裝置叫核反應(yīng)堆，安裝反應(yīng)堆的建筑稱為核島安裝反應(yīng)堆的建筑稱為核島反應(yīng)堆反應(yīng)堆核能核能五、核電的安全五、核電的安全1核電引起的安全問題主要有兩個(gè)方面：一是核電引起的安全問題主要有兩個(gè)方面：一是:核反應(yīng)失控，核反應(yīng)失控，引起引起_物質(zhì)外泄；二是物質(zhì)外泄；二是:放射性放射性_處理不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生處理不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染環(huán)境污染2為了防止核電站事故的發(fā)生，現(xiàn)有的反應(yīng)堆都有四道安為

5、了防止核電站事故的發(fā)生，現(xiàn)有的反應(yīng)堆都有四道安全屏障：第一道是耐高溫耐腐蝕的陶瓷體燃料芯塊，第二道全屏障：第一道是耐高溫耐腐蝕的陶瓷體燃料芯塊，第二道是燃料元件包殼，第三道是是燃料元件包殼，第三道是_ ，第四道是，第四道是_.放射性放射性廢料廢料壓力殼壓力殼安全殼安全殼3對(duì)核電站放射性廢物的處理，固體要先在核電站內(nèi)專用的對(duì)核電站放射性廢物的處理，固體要先在核電站內(nèi)專用的廢物庫暫存，然后送到人煙稀少、地質(zhì)穩(wěn)定、地下水位低又廢物庫暫存，然后送到人煙稀少、地質(zhì)穩(wěn)定、地下水位低又遠(yuǎn)離天然水源的處置場(chǎng)永久貯存，一般要存放幾百年；對(duì)氣遠(yuǎn)離天然水源的處置場(chǎng)永久貯存，一般要存放幾百年；對(duì)氣態(tài)廢物和液態(tài)廢物的處

6、理，主要是采取態(tài)廢物和液態(tài)廢物的處理，主要是采取_等方法進(jìn)行等方法進(jìn)行稀釋，然后排放到指定的區(qū)域稀釋，然后排放到指定的區(qū)域六、核能的多種用途六、核能的多種用途1利用核能的主要途徑是利用核能的主要途徑是_.2在能源結(jié)構(gòu)上，用于供暖等低溫用熱占總熱耗量的在能源結(jié)構(gòu)上，用于供暖等低溫用熱占總熱耗量的50%左左右右3核能源可以低功率長期供電，作為航天器的電源核能源可以低功率長期供電，作為航天器的電源4核動(dòng)力已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋艦艇核動(dòng)力已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋艦艇貯存衰變貯存衰變發(fā)電發(fā)電核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、重核的裂變一、重核的裂變1發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：1938年德國物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟年德國物理

7、學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步3裂變的解釋：當(dāng)中子進(jìn)入鈾裂變的解釋：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)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，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，核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得核由于質(zhì)子間的核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得核由于質(zhì)子間的斥力作用而不能恢復(fù)原狀，這樣就分裂成幾塊，同時(shí)放出斥力作用而不能恢復(fù)原狀，這樣就分裂成幾塊，同時(shí)放出23個(gè)中子個(gè)中子這些中子又引起其他鈾核裂變

8、，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下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，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如圖去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如圖341所示所示圖圖3414裂變的條件：首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂變的條件：首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂過程中，又會(huì)放出更多中子，這些中子再去轟擊更多鈾核，裂過程中，又會(huì)放出更多中子，這些中子再去轟擊更多鈾核，產(chǎn)生更多中子，就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這個(gè)反應(yīng)速度很快，若不產(chǎn)生更多中子，就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這個(gè)反應(yīng)速度很快，若不加以控制，能量會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)急劇釋放加以控制，能量會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)急劇釋放(原子彈原子

9、彈)；如果采；如果采用其他方法對(duì)反應(yīng)速度加以控制的話，能量就會(huì)緩慢釋放用其他方法對(duì)反應(yīng)速度加以控制的話，能量就會(huì)緩慢釋放(核核電站電站)二、輕核的聚變二、輕核的聚變1聚變聚變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為聚變聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng)稱為聚變聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng)2聚變方程聚變方程3輕核發(fā)生聚變的條件輕核發(fā)生聚變的條件要使輕核發(fā)生聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)要使輕核發(fā)生聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離生作用的距離1015 m，但是原子核是帶正電的，但是原子核是帶正電的，要使它們接近要使它們接近1015 m就必須克服電荷間很大的就

10、必須克服電荷間很大的斥力作用，這就要求使核具有足夠大的動(dòng)能要斥力作用，這就要求使核具有足夠大的動(dòng)能要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給核加熱，使使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給核加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬度的高溫綜上所述，核聚變只物質(zhì)達(dá)到幾百萬度的高溫綜上所述，核聚變只有在超高溫條件下才能發(fā)生有在超高溫條件下才能發(fā)生三、聚變與裂變的區(qū)別三、聚變與裂變的區(qū)別重核的裂變、輕核的聚變都能釋放出巨大的核能，重核的裂變、輕核的聚變都能釋放出巨大的核能，但兩者是有區(qū)別的但兩者是有區(qū)別的1原理不同原理不同重核的裂變是重核裂變成幾個(gè)中等質(zhì)量的原子核，重核的裂變是重核裂變成幾個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出巨大的能量，而聚變

11、是幾個(gè)輕核聚變放出巨大的能量，而聚變是幾個(gè)輕核聚變(結(jié)合結(jié)合)成一個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出巨大的能量成一個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出巨大的能量2放出能量的大小不同放出能量的大小不同重核裂變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量約為重核裂變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量約為1兆兆電子伏，而輕核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放出的電子伏，而輕核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放出的能量在能量在3兆電子伏以上，即聚變比裂變放出更多兆電子伏以上，即聚變比裂變放出更多的能量的能量3廢料處理難度不同廢料處理難度不同裂變產(chǎn)生的廢料處理起來比較困難，而熱核反應(yīng)裂變產(chǎn)生的廢料處理起來比較困難，而熱核反應(yīng)的廢料處理要簡(jiǎn)單得多的廢料處理要簡(jiǎn)單得多4“燃

12、料燃料”的豐富程度不同的豐富程度不同熱核反應(yīng)所需要的熱核反應(yīng)所需要的“燃料燃料”氘在地球上非常氘在地球上非常豐富，豐富，1升海水中大約有升海水中大約有0.03克氘，如果用來進(jìn)行克氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約和燃燒熱核反應(yīng)，放出的能量約和燃燒300升汽油相升汽油相當(dāng)而裂變?nèi)剂袭?dāng)而裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其鈾在地球上儲(chǔ)量有限，尤其是用于核裂變的鈾是用于核裂變的鈾235，在鈾礦中僅占，在鈾礦中僅占0.7%，相，相比起來聚變的燃料比起來聚變的燃料氘要豐富得多我國是一氘要豐富得多我國是一個(gè)個(gè)“貧鈾貧鈾”的國家，貯藏量不多的國家，貯藏量不多5兩種反應(yīng)的可控制性不同兩種反應(yīng)的可控制性不同裂變

13、反應(yīng)速度可以比較容易地進(jìn)行人工控制，因裂變反應(yīng)速度可以比較容易地進(jìn)行人工控制，因此，現(xiàn)在國際上的核電站都是利用裂變放出能量，此，現(xiàn)在國際上的核電站都是利用裂變放出能量，而聚變反應(yīng)的可控制性比較困難，世界上許多國而聚變反應(yīng)的可控制性比較困難，世界上許多國家都積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù)我國家都積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù)我國可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究情況：可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究情況：1984年年9月，我國自月，我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“中國環(huán)流器一中國環(huán)流器一號(hào)號(hào)”順利啟動(dòng)順利啟動(dòng).1994年，具有國際先進(jìn)水平的可控年，具有國際先進(jìn)水平的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置熱核

14、反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“HT7超導(dǎo)托卡馬克超導(dǎo)托卡馬克”已安已安裝調(diào)試成功，我國在研究可控?zé)岷朔磻?yīng)方面已經(jīng)裝調(diào)試成功，我國在研究可控?zé)岷朔磻?yīng)方面已經(jīng)具有一定的實(shí)力具有一定的實(shí)力課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練對(duì)重核裂變的認(rèn)識(shí)對(duì)重核裂變的認(rèn)識(shí) 關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量能量B中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C重核裂變時(shí)釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)重核裂變時(shí)釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小量虧損，所以核子數(shù)要減小D鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的

15、原子核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能量虧損，放出核能【精講精析精講精析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理，分析可知裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即放能的原理，分析可知裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程因其釋放的能量是遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收程因其釋放的能量是遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積的能量的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積如果體積小，中子從鈾塊必須大于其臨界體積如果體積小，中子從鈾塊中穿過時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就

16、不會(huì)發(fā)中穿過時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此選生在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此選項(xiàng)項(xiàng)A、B、C均錯(cuò)鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核均錯(cuò)鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，由于平均質(zhì)量減少，還會(huì)再發(fā)生質(zhì)量虧損，時(shí)，由于平均質(zhì)量減少，還會(huì)再發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能從而釋放出核能【答案】【答案】D【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】重核發(fā)生裂變的條件是：重核發(fā)生裂變的條件是：(1)要俘要俘獲慢中子；獲慢中子；(2)鈾塊體積大于臨界體積重核裂變鈾塊體積大于臨界體積重核裂變時(shí)都發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能時(shí)都發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1 關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是關(guān)

17、于鈾核裂變，下述說法正確的是()A鈾核裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，但只能裂變鈾核裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，但只能裂變成兩種不同的核成兩種不同的核B鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放出多個(gè)中子鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放出多個(gè)中子C為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純?yōu)榱耸沽炎兊逆準(zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾鈾235D鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響解析：解析：選選BC.鈾核受到中子的轟擊，會(huì)引起裂變，鈾核受到中子的轟擊，會(huì)引起裂變，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，具有極大的偶然性，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，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，并但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成

18、多塊，并放出幾個(gè)中子，鈾放出幾個(gè)中子，鈾235受中子的轟擊時(shí)，裂變的受中子的轟擊時(shí)，裂變的概率大，而鈾概率大，而鈾238只有俘獲能量在只有俘獲能量在1 MeV以上的中以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小而要引起鏈子才能引起裂變，且裂變的幾率小而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積故選項(xiàng)式反應(yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積故選項(xiàng)B、C正確正確對(duì)核聚變的理解對(duì)核聚變的理解 關(guān)于聚變，以下說法正確的是關(guān)于聚變，以下說法正確的是()A兩個(gè)輕原子核聚變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)量較大的原子核放兩個(gè)輕原子核聚變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)量較大的原子核放出的能量比一個(gè)重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子出的能量比一個(gè)重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核放

19、出的能量大很多倍核放出的能量大很多倍B一定質(zhì)量的聚變物質(zhì)聚變時(shí)放出的能量比相同一定質(zhì)量的聚變物質(zhì)聚變時(shí)放出的能量比相同質(zhì)量的裂變物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大很多倍質(zhì)量的裂變物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大很多倍C聚變發(fā)生的條件是聚變物質(zhì)的體積大于臨界體聚變發(fā)生的條件是聚變物質(zhì)的體積大于臨界體積積D發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)，原子核必須有足夠大的動(dòng)能發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)，原子核必須有足夠大的動(dòng)能【精講精析精講精析】一個(gè)重核裂變釋放的能量大于兩個(gè)一個(gè)重核裂變釋放的能量大于兩個(gè)輕核聚變時(shí)釋放的能量如一個(gè)鈾輕核聚變時(shí)釋放的能量如一個(gè)鈾235核裂變成鍶核裂變成鍶和氙，釋放和氙，釋放141 MeV能量，一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚能量，一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚變成一個(gè)氦核，只釋放變成一個(gè)氦核，只釋放17.6 MeV能量，但輕核的能量，但輕核的每個(gè)核子平均釋放的能量每個(gè)核子平均釋放的能量(3.52 MeV)大于重核每個(gè)大于重核每個(gè)核子平均釋放的能量核子平均釋放的能量(0.6 MeV)一定質(zhì)量的輕核一定質(zhì)量的輕核數(shù)目遠(yuǎn)大于同質(zhì)量的重核的數(shù)目所以一定質(zhì)量的數(shù)目遠(yuǎn)大于同質(zhì)量的重核的數(shù)目所以一定質(zhì)量的