高二物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)精講優(yōu)練課件8

6核裂變61一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1.核裂變:重核被_____轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的核反應(yīng)。2.鈾核裂變:用中子轟擊鈾核時(shí),鈾核發(fā)生裂變,其產(chǎn)物是多樣的,其中一種典型的裂變是3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)___________繼續(xù)下去的過程叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。中子一代接一代一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子一代接一代24.臨界體積和臨界質(zhì)量:把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積,相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。5.核裂變的能量:1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于_______標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能。2800t4.臨界體積和臨界質(zhì)量:把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積3【判一判】(1)鈾核裂變的產(chǎn)物是固定的,就是生成鋇和氪,同時(shí)放出3個(gè)中子。()(2)裂變中放出的中子數(shù)目是固定的3個(gè)中子。()(3)只有鈾塊的體積大于臨界體積時(shí),才能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。()提示:(1)×。鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的。(2)×。裂變中放出的中子數(shù)目有多有少。(3)√。只有鈾塊的體積大于臨界體積時(shí),裂變產(chǎn)生的中子才能夠有足夠的概率打中某個(gè)鈾核,使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去?！九幸慌小?二、核電站1.核電站:利用核能發(fā)電,它的核心設(shè)施是_______,它主要由以下幾部分組成:(1)燃料:_____。(2)慢化劑:鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng),采用___________________作慢化劑。反應(yīng)堆鈾棒石墨、重水或普通水二、核電站反應(yīng)堆鈾棒石墨、重水或普通水5(3)控制棒:為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些隔棒。鎘_________的能力很強(qiáng),當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí),將隔棒插入深一些,讓它多吸收一些中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度會(huì)慢一些,這種鎘棒叫作控制棒。吸收中子(3)控制棒:為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,還需要在鈾棒之62.工作原理:___________釋放的能量,使反應(yīng)區(qū)溫度升高。3.能量輸出:利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆內(nèi)的_____傳輸出去,用于發(fā)電。同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻。4.核污染的處理:為避免射線對(duì)人體的傷害和放射性物質(zhì)對(duì)水源、空氣和工作場(chǎng)所造成的放射性污染,在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的_______,用來屏蔽_________放出的各種射線,核廢料具有很強(qiáng)的_______,需要裝入特制的容器,深埋地下。核燃料裂變熱量水泥層裂變反應(yīng)放射性2.工作原理:___________釋放的能量,使反應(yīng)區(qū)溫度7【判一判】(1)在核反應(yīng)中,中子的速度越大越容易擊中鈾核。()(2)核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度。()(3)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無害。()提示:(1)×。在核反應(yīng)中,中子的速度不能太快,否則不能發(fā)生核裂變。(2)√。核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度。(3)×。核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強(qiáng)的放射性,需要裝入特制的容器深埋地下。【判一判】8一、對(duì)重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析思考探究:如圖為核裂變示意圖。一、對(duì)重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析9(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎?(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?提示:(1)重核裂變不是天然現(xiàn)象,是中子轟擊才能發(fā)生的核反應(yīng)。(2)有中子轟擊鈾塊,鈾塊的體積大于臨界體積,這樣就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎?10【歸納總結(jié)】1.鈾核的裂變和裂變方程:(1)核子受激發(fā):當(dāng)中子進(jìn)入鈾235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。(2)核子分裂:核子間的距離增大,因而核力迅速減弱,使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊,同時(shí)放出2或3個(gè)中子,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。【歸納總結(jié)】11(3)常見的裂變方程:2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:(1)有慢中子轟擊。(2)鈾塊的體積大于臨界體積,或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。以上兩個(gè)條件滿足一個(gè),則另一個(gè)條件自動(dòng)滿足。(3)常見的裂變方程:2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:123.裂變反應(yīng)的能量:鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核,發(fā)生質(zhì)量虧損,所以放出能量。一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算,1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量,裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。3.裂變反應(yīng)的能量:鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核,發(fā)生質(zhì)量虧損134.鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):在天然鈾中,主要有兩種同位素,99.3%的是鈾238,0.7%的是鈾235,中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變,但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。(1)鈾235:俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變,且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大。(2)鈾238:只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變,且裂變的幾率小。能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞,不引起裂變。因此,為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好利用純鈾235。4.鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):14【特別提醒】(1)裂變的中子方面:鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,放出的中子數(shù)目有多有少,中子的速度也有快有慢。(2)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件方面:裂變物的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?！咎貏e提醒】15【典例示范】1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是()A.這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是B.這是一個(gè)核裂變過程,反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C.這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛因斯坦的光電效應(yīng)方程來計(jì)算D.實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng)【典例示范】1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核16【解題探究】(1)怎樣分析判斷核反應(yīng)方程是否正確?提示:根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒分析判斷。(2)如何判斷反應(yīng)前后粒子的質(zhì)量關(guān)系。提示:根據(jù)核反應(yīng)是吸能還是放能反應(yīng)判斷?！窘忸}探究】17【正確解答】選D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為:,選項(xiàng)A不正確;鈾核裂變過程中產(chǎn)生γ射線,放出能量,發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算,選項(xiàng)B、C不正確;核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線,穿透能力極強(qiáng),是能量極高的光子,選項(xiàng)D正確。【正確解答】選D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反18【過關(guān)訓(xùn)練】1.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)得到的能量B.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)要減少D.重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí),要發(fā)生質(zhì)量虧損,放出核能【過關(guān)訓(xùn)練】19【解析】選D。核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損,是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子時(shí)吸收的能量,A錯(cuò),D對(duì)。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的,鈾塊的體積必須大于其臨界體積,否則中子從鈾塊中穿過時(shí),可能碰不到原子核,則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),B錯(cuò)。重核裂變時(shí),核子數(shù)守恒,C錯(cuò)?！窘馕觥窟xD。核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損,是核202.(2015·江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電,是核電站常用的核燃料。受一個(gè)中子轟擊后裂變成兩部分,并產(chǎn)生

個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要

(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。2.(2015·江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大21【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知:可見產(chǎn)生了3個(gè)中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一個(gè)條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積。答案:3大于【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知:22【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.下列核反應(yīng)中,表示核裂變的是()【補(bǔ)償訓(xùn)練】23【解析】選C。

是α衰變，

是β衰變，

是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項(xiàng)是重核裂變?！窘馕觥窟xC。是α衰變，242.關(guān)于重核的裂變,以下說法中正確的是()A.鈾235被中子轟擊后都會(huì)分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊,同時(shí)放出幾個(gè)中子B.鈾235被中子轟擊后二者都會(huì)發(fā)生分裂C.要使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),其體積必須足夠大D.鈾235分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核,比結(jié)合能減小,放出核能2.關(guān)于重核的裂變,以下說法中正確的是()25【解析】選C。鈾核也有三分裂、四分裂現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;慢中子最適于引發(fā)裂變,但并不是轟擊后都會(huì)發(fā)生分裂,B錯(cuò)誤;要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積必須大于臨界體積,C正確;中等質(zhì)量核的比結(jié)合能最大,鈾核分裂時(shí)比結(jié)合能增大,放出核能,D錯(cuò)誤?！窘馕觥窟xC。鈾核也有三分裂、四分裂現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;慢中子最適26【規(guī)律方法】準(zhǔn)確理解裂變的特點(diǎn)(1)重核受中子轟擊后生成中等質(zhì)量的核。(2)裂變中一般產(chǎn)生2～3個(gè)中子。(3)裂變時(shí)產(chǎn)生質(zhì)量虧損放出能量。【規(guī)律方法】準(zhǔn)確理解裂變的特點(diǎn)27二、核電站的結(jié)構(gòu)及工作原理思考探究:如圖所示為核電站工作流程示意圖二、核電站的結(jié)構(gòu)及工作原理28(1)核電站的核心設(shè)施是什么?(2)核電站是如何實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的?提示:(1)核反應(yīng)堆是核電站的核心設(shè)施,原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在此進(jìn)行。(2)在核反應(yīng)堆中核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,在第一回路通過水或鈉將反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,在第二回路用于發(fā)電,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能。(1)核電站的核心設(shè)施是什么?29【歸納總結(jié)】1.核電站的主要組成:核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆,反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235,它的主要部件列表如下:部件名稱項(xiàng)目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【歸納總結(jié)】部件慢化劑控制棒熱循環(huán)保護(hù)層采用的石墨、重水或普302.反應(yīng)堆工作原理:(1)熱源:在核電站中,核反應(yīng)堆是熱源,如圖為簡(jiǎn)化的核反應(yīng)堆示意圖:鈾棒是燃料,由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成,石墨(重水)為慢化劑,使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?便于鈾235的吸收,發(fā)生裂變,慢化劑附在鈾棒周圍。2.反應(yīng)堆工作原理:31(2)控制棒:鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以也叫控制棒?？刂瓢舨迦肷钜恍?吸收中子多,反應(yīng)速度變慢,插入淺一些,吸收中子少,反應(yīng)速度加快,采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒插入深度,就能控制核反應(yīng)的劇烈程度。(3)冷卻劑:核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑,在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把內(nèi)能傳輸出去,用于推動(dòng)蒸汽機(jī),使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì),很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面。(2)控制棒:鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以也叫控323.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大,所能提供的能量大。(3)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。3.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):33【典例示范】(多選)(2013·廣東高考)鈾核裂變是核電站核能的重要來源,其一種裂變反應(yīng)式是下列說法正確的有()A.上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出B.鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響C.鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制D.鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響【典例示范】(多選)(2013·廣東高考)鈾核裂變是核電站核34【解題探究】(1)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有什么特點(diǎn)?提示:①反應(yīng)產(chǎn)生的中子多于反應(yīng)需要的中子。②鈾塊體積要大于臨界體積。(2)原子核的半衰期由什么因素決定?提示:由元素本身決定,與原子核所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。【解題探究】35【正確解答】選A、C。核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核并放出若干個(gè)中子的反應(yīng),A選項(xiàng)正確;鈾塊要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需達(dá)到一定的體積,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制用以建立核電站,C選項(xiàng)正確;原子核的半衰期由原子核本身的性質(zhì)決定,與其所處的環(huán)境或狀態(tài)無關(guān),D選項(xiàng)錯(cuò)誤?！菊_解答】選A、C。核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)36【過關(guān)訓(xùn)練】1.(拓展延伸)【典例示范】中,若鈾核裂變放出的不是3個(gè)中子而是兩個(gè)中子,發(fā)生了如下的核反應(yīng):則a+b可能是()【解析】選D。根據(jù)題中所給裂變反應(yīng)方程,質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒,故a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,電荷數(shù)應(yīng)為92,故只有D選項(xiàng)正確?！具^關(guān)訓(xùn)練】372.核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置,它的主要組成部分是()A.原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B.原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C.原子燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng)D.原子燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統(tǒng)2.核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置,它的主38【解析】選A。核反應(yīng)堆的主要部分包括:①燃料,即濃縮鈾235;②慢化劑,采用石墨、重水或普通水;③控制棒,控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度;④冷卻系統(tǒng),水或液態(tài)鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去用于發(fā)電,故A正確,B、C、D錯(cuò)?！窘馕觥窟xA。核反應(yīng)堆的主要部分包括:①燃料,即濃縮鈾23539【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說法正確的是()A.鈾棒是核燃料,裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能【補(bǔ)償訓(xùn)練】40【解析】選A、B、D。鈾棒是核燃料,裂變時(shí)可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng),作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,即控制反應(yīng)堆功率,故B正確;慢中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯(cuò)誤;水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻,控制溫度,故D正確?！窘馕觥窟xA、B、D。鈾棒是核燃料,裂變時(shí)可放出能量,故A正412.現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于()A.天然放射性元素衰變放出的能量B.人工放射性同位素放出的能量C.重核裂變放出的能量D.化學(xué)反應(yīng)放出的能量【解析】選C?，F(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾,利用鈾裂變放出的核能發(fā)電,故C項(xiàng)正確。2.現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于()42【誤區(qū)警示】對(duì)重核裂變的三個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為既然重核裂變時(shí)有質(zhì)量虧損,那重核裂變時(shí)質(zhì)量就不守恒,因此質(zhì)量數(shù)也不守恒。產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是對(duì)重核裂變反應(yīng)的本質(zhì)及核反應(yīng)的規(guī)律理解不到位。核反應(yīng)遵守的是質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒而非質(zhì)量守恒,只有反應(yīng)前后有質(zhì)量虧損,核反應(yīng)才能向外釋放出能量。(2)誤把核反應(yīng)方程中的單向箭頭寫成等號(hào)。產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是把核反應(yīng)方程和化學(xué)方程式混淆了,核反應(yīng)方程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示核反應(yīng)的方向,而不能用等號(hào)來連接?！菊`區(qū)警示】對(duì)重核裂變的三個(gè)誤區(qū)43(3)誤認(rèn)為只要滿足反應(yīng)前后電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等的核反應(yīng)一定能夠發(fā)生。產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是對(duì)核反應(yīng)的規(guī)律理解太機(jī)械,核反應(yīng)要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)寫出生成物的種類,即所書寫的核反應(yīng)方程必須是能夠真實(shí)發(fā)生的,不能僅僅依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒編造不存在的核反應(yīng)方程。(3)誤認(rèn)為只要滿足反應(yīng)前后電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)相等的核反應(yīng)一定能44【拓展例題】考查內(nèi)容:裂變過程的核能計(jì)算【典例示范】用中子轟擊鈾核(),其中的一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇()和氪()兩部分,放出3個(gè)中子。各個(gè)核和中子的質(zhì)量如下:mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kgmBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.6047×10-27kg試寫出核反應(yīng)方程,算出反應(yīng)中釋放的核能?！就卣估}】考查內(nèi)容:裂變過程的核能計(jì)算45【正確解答】根據(jù)反應(yīng)前后核的質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒和反應(yīng)中的能量守恒,可以寫出核反應(yīng)方程為

核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.3578×10-27kg由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×(3×108)2J=3.2202×10-11J。答案:

3.2202×10-11J【正確解答】根據(jù)反應(yīng)前后核的質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒和反應(yīng)中46高二物理選修3-5知識(shí)點(diǎn)精講優(yōu)練課件8476核裂變648一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1.核裂變:重核被_____轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的核反應(yīng)。2.鈾核裂變:用中子轟擊鈾核時(shí),鈾核發(fā)生裂變,其產(chǎn)物是多樣的,其中一種典型的裂變是3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)___________繼續(xù)下去的過程叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。中子一代接一代一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子一代接一代494.臨界體積和臨界質(zhì)量:把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積,相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。5.核裂變的能量:1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于_______標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能。2800t4.臨界體積和臨界質(zhì)量:把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積50【判一判】(1)鈾核裂變的產(chǎn)物是固定的,就是生成鋇和氪,同時(shí)放出3個(gè)中子。()(2)裂變中放出的中子數(shù)目是固定的3個(gè)中子。()(3)只有鈾塊的體積大于臨界體積時(shí),才能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。()提示:(1)×。鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的。(2)×。裂變中放出的中子數(shù)目有多有少。(3)√。只有鈾塊的體積大于臨界體積時(shí),裂變產(chǎn)生的中子才能夠有足夠的概率打中某個(gè)鈾核,使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去。【判一判】51二、核電站1.核電站:利用核能發(fā)電,它的核心設(shè)施是_______,它主要由以下幾部分組成:(1)燃料:_____。(2)慢化劑:鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng),采用___________________作慢化劑。反應(yīng)堆鈾棒石墨、重水或普通水二、核電站反應(yīng)堆鈾棒石墨、重水或普通水52(3)控制棒:為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些隔棒。鎘_________的能力很強(qiáng),當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí),將隔棒插入深一些,讓它多吸收一些中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度會(huì)慢一些,這種鎘棒叫作控制棒。吸收中子(3)控制棒:為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,還需要在鈾棒之532.工作原理:___________釋放的能量,使反應(yīng)區(qū)溫度升高。3.能量輸出:利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆內(nèi)的_____傳輸出去,用于發(fā)電。同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻。4.核污染的處理:為避免射線對(duì)人體的傷害和放射性物質(zhì)對(duì)水源、空氣和工作場(chǎng)所造成的放射性污染,在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的_______,用來屏蔽_________放出的各種射線,核廢料具有很強(qiáng)的_______,需要裝入特制的容器,深埋地下。核燃料裂變熱量水泥層裂變反應(yīng)放射性2.工作原理:___________釋放的能量,使反應(yīng)區(qū)溫度54【判一判】(1)在核反應(yīng)中,中子的速度越大越容易擊中鈾核。()(2)核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度。()(3)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無害。()提示:(1)×。在核反應(yīng)中,中子的速度不能太快,否則不能發(fā)生核裂變。(2)√。核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度。(3)×。核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強(qiáng)的放射性,需要裝入特制的容器深埋地下?！九幸慌小?5一、對(duì)重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析思考探究:如圖為核裂變示意圖。一、對(duì)重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析56(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎?(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?提示:(1)重核裂變不是天然現(xiàn)象,是中子轟擊才能發(fā)生的核反應(yīng)。(2)有中子轟擊鈾塊,鈾塊的體積大于臨界體積,這樣就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎?57【歸納總結(jié)】1.鈾核的裂變和裂變方程:(1)核子受激發(fā):當(dāng)中子進(jìn)入鈾235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。(2)核子分裂:核子間的距離增大,因而核力迅速減弱,使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊,同時(shí)放出2或3個(gè)中子,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?！練w納總結(jié)】58(3)常見的裂變方程:2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:(1)有慢中子轟擊。(2)鈾塊的體積大于臨界體積,或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。以上兩個(gè)條件滿足一個(gè),則另一個(gè)條件自動(dòng)滿足。(3)常見的裂變方程:2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:593.裂變反應(yīng)的能量:鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核,發(fā)生質(zhì)量虧損,所以放出能量。一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算,1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量,裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。3.裂變反應(yīng)的能量:鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核,發(fā)生質(zhì)量虧損604.鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):在天然鈾中,主要有兩種同位素,99.3%的是鈾238,0.7%的是鈾235,中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變,但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。(1)鈾235:俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變,且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大。(2)鈾238:只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變,且裂變的幾率小。能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞,不引起裂變。因此,為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好利用純鈾235。4.鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):61【特別提醒】(1)裂變的中子方面:鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,放出的中子數(shù)目有多有少,中子的速度也有快有慢。(2)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件方面:裂變物的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。【特別提醒】62【典例示范】1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是()A.這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是B.這是一個(gè)核裂變過程,反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C.這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛因斯坦的光電效應(yīng)方程來計(jì)算D.實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng)【典例示范】1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核63【解題探究】(1)怎樣分析判斷核反應(yīng)方程是否正確?提示:根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒分析判斷。(2)如何判斷反應(yīng)前后粒子的質(zhì)量關(guān)系。提示:根據(jù)核反應(yīng)是吸能還是放能反應(yīng)判斷。【解題探究】64【正確解答】選D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為:,選項(xiàng)A不正確;鈾核裂變過程中產(chǎn)生γ射線,放出能量,發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算,選項(xiàng)B、C不正確;核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線,穿透能力極強(qiáng),是能量極高的光子,選項(xiàng)D正確?！菊_解答】選D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反65【過關(guān)訓(xùn)練】1.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)得到的能量B.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)要減少D.重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí),要發(fā)生質(zhì)量虧損,放出核能【過關(guān)訓(xùn)練】66【解析】選D。核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損,是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子時(shí)吸收的能量,A錯(cuò),D對(duì)。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的,鈾塊的體積必須大于其臨界體積,否則中子從鈾塊中穿過時(shí),可能碰不到原子核,則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),B錯(cuò)。重核裂變時(shí),核子數(shù)守恒,C錯(cuò)?！窘馕觥窟xD。核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損,是核672.(2015·江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電,是核電站常用的核燃料。受一個(gè)中子轟擊后裂變成兩部分,并產(chǎn)生

個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要

(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。2.(2015·江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大68【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知:可見產(chǎn)生了3個(gè)中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一個(gè)條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積。答案:3大于【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知:69【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.下列核反應(yīng)中,表示核裂變的是()【補(bǔ)償訓(xùn)練】70【解析】選C。

是α衰變，

是β衰變，

是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項(xiàng)是重核裂變?！窘馕觥窟xC。是α衰變，712.關(guān)于重核的裂變,以下說法中正確的是()A.鈾235被中子轟擊后都會(huì)分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊,同時(shí)放出幾個(gè)中子B.鈾235被中子轟擊后二者都會(huì)發(fā)生分裂C.要使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),其體積必須足夠大D.鈾235分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核,比結(jié)合能減小,放出核能2.關(guān)于重核的裂變,以下說法中正確的是()72【解析】選C。鈾核也有三分裂、四分裂現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;慢中子最適于引發(fā)裂變,但并不是轟擊后都會(huì)發(fā)生分裂,B錯(cuò)誤;要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積必須大于臨界體積,C正確;中等質(zhì)量核的比結(jié)合能最大,鈾核分裂時(shí)比結(jié)合能增大,放出核能,D錯(cuò)誤?！窘馕觥窟xC。鈾核也有三分裂、四分裂現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;慢中子最適73【規(guī)律方法】準(zhǔn)確理解裂變的特點(diǎn)(1)重核受中子轟擊后生成中等質(zhì)量的核。(2)裂變中一般產(chǎn)生2～3個(gè)中子。(3)裂變時(shí)產(chǎn)生質(zhì)量虧損放出能量?！疽?guī)律方法】準(zhǔn)確理解裂變的特點(diǎn)74二、核電站的結(jié)構(gòu)及工作原理思考探究:如圖所示為核電站工作流程示意圖二、核電站的結(jié)構(gòu)及工作原理75(1)核電站的核心設(shè)施是什么?(2)核電站是如何實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的?提示:(1)核反應(yīng)堆是核電站的核心設(shè)施,原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在此進(jìn)行。(2)在核反應(yīng)堆中核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,在第一回路通過水或鈉將反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,在第二回路用于發(fā)電,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能。(1)核電站的核心設(shè)施是什么?76【歸納總結(jié)】1.核電站的主要組成:核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆,反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235,它的主要部件列表如下:部件名稱項(xiàng)目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【歸納總結(jié)】部件慢化劑控制棒熱循環(huán)保護(hù)層采用的石墨、重水或普772.反應(yīng)堆工作原理:(1)熱源:在核電站中,核反應(yīng)堆是熱源,如圖為簡(jiǎn)化的核反應(yīng)堆示意圖:鈾棒是燃料,由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成,石墨(重水)為慢化劑,使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?便于鈾235的吸收,發(fā)生裂變,慢化劑附在鈾棒周圍。2.反應(yīng)堆工作原理:78(2)控制棒:鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以也叫控制棒?？刂瓢舨迦肷钜恍?吸收中子多,反應(yīng)速度變慢,插入淺一些,吸收中子少,反應(yīng)速度加快,采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒插入深度,就能控制核反應(yīng)的劇烈程度。(3)冷卻劑:核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時(shí)通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑,在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把內(nèi)能傳輸出去,用于推動(dòng)蒸汽機(jī),使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì),很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面。(2)控制棒:鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以也叫控793.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大,所能提供的能量大。(3)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。3.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):80【典例示范】(多選)(2013·廣東高考)鈾核裂變是核電站核能的重要來源,其一種裂變反應(yīng)式是下列說法正確的有()A.上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出B.鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響C.鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制D.鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響【典例示范】(多選)(2013·廣東高考)鈾核裂變是核電站核81【解題探究】(1)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有什么特點(diǎn)?提示:①反應(yīng)產(chǎn)生的中子多于反應(yīng)需要的中子。②鈾塊體積要大于臨界體積。(2)原子核的半衰期由什么因素決定?提示:由元素本身決定,與原子核所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。【解題探究】82【正確解答】選A、C。核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核并放出若干個(gè)中子的反應(yīng),A選項(xiàng)正確;鈾塊要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需達(dá)到一定的體積,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制用以建立核電站,C選項(xiàng)正確;原子核的半衰期由原子核本身的性質(zhì)決定,與其所處的環(huán)境或狀態(tài)無關(guān),D選項(xiàng)錯(cuò)誤?！菊_解答】選A、C。核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)83【過關(guān)訓(xùn)練】1.(拓展延伸)【典例示范】中,若鈾核裂變放出的不是3個(gè)中子而是兩個(gè)中子,發(fā)生了如下的核反應(yīng):則a+b可能是()【解析】選D。根據(jù)題中所給裂變反應(yīng)方程,質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒,故a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,電荷數(shù)應(yīng)為92,故只有D選項(xiàng)正確?！具^關(guān)訓(xùn)練】842.核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置,它的主要組成部分是()A.原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B.原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C.原子燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng)D.原子燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統(tǒng)2.核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置,它的主85【解析】選A。核反應(yīng)堆的主要部分包括:①燃料,即濃縮鈾235;②慢化劑,采用石墨、重水或普通水;③控制棒,控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度;④冷卻系統(tǒng),水或液態(tài)鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去用于發(fā)電,故A正確,B、C、D錯(cuò)。【解