名師課件：高中物理人教版 選擇性必修 第三冊(cè) 核裂變與核聚變

核裂變與核聚變新知導(dǎo)入較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過(guò)程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢?新知講解

裂變:重核分裂成質(zhì)量較小的核，并釋放核能的反應(yīng)。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)中子新知講解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)條件：每次裂變產(chǎn)生的中子，至少平均有一個(gè)能引發(fā)新的裂變①保證的純度←提純②鈾塊的大小臨界體積:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積相應(yīng)的質(zhì)量：臨界質(zhì)量新知講解多種多樣二分裂三分裂四分裂...概率：二分裂的二分裂的質(zhì)量數(shù)守恒，電荷守恒新知講解如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。=1kg2800t課堂練習(xí)1、(多選)關(guān)于裂變反應(yīng),下列說(shuō)法正確的是()A.用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變,其一定分裂為質(zhì)量差不多的兩部分B.鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核一定釋放能量C.鈾核發(fā)生裂變時(shí)可能分裂成兩部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)BC解析：用中子轟擊等少數(shù)重核元素才能發(fā)生裂變反應(yīng),鈾核裂變時(shí)可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產(chǎn)生兩部分的概率最大,A、D錯(cuò)誤,C正確;鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)一定釋放能量,B正確。新知講解二、反應(yīng)堆與核電站核反應(yīng)堆：人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置吸收中子、控制反應(yīng)速率慢中子(石墨、輕水、重水)(濃縮鈾)核燃料新知講解核能發(fā)電的基本原理新知講解二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)原子彈突襲廣島和長(zhǎng)崎造成了巨大的毀傷。在長(zhǎng)崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多，長(zhǎng)崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%；廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%。課堂練習(xí)2、(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說(shuō)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解析：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。ABD核聚變：某些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個(gè)較大的原子核的核反應(yīng)三、核聚變新知講解思考討論：發(fā)生聚變的條件:使原子核間的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們靠近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力。也就是說(shuō)，原子核要有很大的動(dòng)能才會(huì)“撞”到一起。什么辦法能使大量的原子核獲得足夠的動(dòng)能而發(fā)生核聚變呢？方法:①用加速器加速原子核②原子核加熱到很高的溫度108～109K新知講解大陽(yáng)是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆彈體引爆裝置氘、氚、重氫化鉀等鈾

235外殼普通炸藥氫彈結(jié)構(gòu)示意圖小型原子彈普通炸藥鈾235氘、氚爆炸裂變聚變釋放核能新知講解熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比較，具有許多優(yōu)越性1）輕核聚變產(chǎn)能效率高2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富（每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬(wàn)億噸氘。氚可以利用鋰來(lái)制取，地球上鋰儲(chǔ)量有2000億噸）3）輕聚變更為安全、清潔（高溫不能維持反應(yīng)就能自動(dòng)終止，聚變產(chǎn)生的氦是沒有放射性的。廢物主要是泄露的氘，高速中子，質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)生成的發(fā)射性物質(zhì)，比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理）1、受控核聚變新知講解①難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬(wàn)開爾文的高溫。②方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。磁約束：帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場(chǎng)中會(huì)在洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。2、實(shí)現(xiàn)核聚變的方法托卡馬克（環(huán)流器）磁約束裝置新知講解慣性約束：由于聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，聚變物質(zhì)因自身的慣性還來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下，可以用激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。慣性約束聚變激光新知講解四、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別比較項(xiàng)目重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核,放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核,放出核能原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限,尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘,氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富可控性速度比較容易進(jìn)