高中物理粵教版5第四章原子核 第4章第5節(jié)裂變和聚變

第五節(jié)裂變和聚變學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道核裂變和核聚變的概念，知道重核裂變和輕核聚變中能釋放出巨大的能量．(重點(diǎn))2.知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng).3.知道核聚變反應(yīng)及受控?zé)岷朔磻?yīng)．(重點(diǎn))4.會(huì)計(jì)算重核裂變、輕核聚變過程中釋放出的能量．(難點(diǎn))核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)eq\o([先填空])1．核裂變重核分裂成兩個(gè)較輕的核時(shí)，釋放出能量，這種核反應(yīng)叫做核裂變．2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)為了使裂變產(chǎn)生的能量可以被利用，必須讓一個(gè)核的裂變能夠引發(fā)一個(gè)或一個(gè)以上的核發(fā)生裂變，讓裂變過程自己持續(xù)下去，源源不斷地將核能釋放出來，這樣的核反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．3．典型的鈾核裂變(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)neq\o([再判斷])1．鈾核裂變時(shí)，可以放出多個(gè)中子．(√)2．裂變物體的體積小于臨界體積時(shí)，不可能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．(√)3．核聚變和核裂變中所產(chǎn)生的能量，都可以為人類所利用．(√)eq\o([后思考])為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，一般用高純度的濃縮鈾235，原因是什么？【提示】由于裂變放出的中子有的可能被裂變物質(zhì)中的雜質(zhì)吸收而造成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能持續(xù)進(jìn)行下去，要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，就要減少裂變物質(zhì)中的雜質(zhì)，盡量用高純度濃縮鈾．1．裂變的解釋(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2～3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．(3)能量：重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量，一般說來，平均每個(gè)核子放出的能量約為1MeV,1kg鈾全部裂變放出的能量相當(dāng)于2500t優(yōu)質(zhì)煤燃燒時(shí)釋放的能量．裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫．2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積．(2)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．1．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時(shí)放出的可以使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是________．【解析】重核的裂變需要中子的轟擊，在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，不斷放出高速的中子使裂變可以不斷進(jìn)行下去．【答案】中子2．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，但核子數(shù)不變D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，放出核能E．核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損【解析】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)誤，D、E正確．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)誤．重核裂變時(shí)，核子數(shù)守恒，C正確．【答案】CDE3．鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(A,Z)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則A＝________，Z＝________.【解析】根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知，A＝94，Z＝38.【答案】9438對(duì)重核裂變的兩點(diǎn)理解1．重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放大量的能量，放出更多的中子的過程．2．重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小．所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量．受控?zé)岷朔磻?yīng)eq\o([先填空])1．核聚變(1)定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出能量的反應(yīng)．(2)舉例：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV.(3)條件：①輕核的距離要達(dá)到10－15_m以內(nèi)．②需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應(yīng)．2．受控?zé)岷朔磻?yīng)人工的熱核反應(yīng)可以通過原子彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫來達(dá)到．氫彈就是這樣制成的．如果要使巨大的熱核反應(yīng)能量不是以爆炸的形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來并加以利用(例如發(fā)電)，這稱為受控?zé)岷朔磻?yīng)．3．優(yōu)點(diǎn)(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．(3)輕核聚變更為安全、清潔．4．約束方法磁約束和慣性約束．eq\o([再判斷])1．核聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量比裂變時(shí)小一些．(×)2．輕核的聚變只要達(dá)到臨界質(zhì)量就可以發(fā)生．(×)3．現(xiàn)在地球上消耗的能量絕大部分來自太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)．(√)eq\o([后思考])核聚變?yōu)槭裁葱枰獛装偃f度的高溫？【提示】要使輕核發(fā)生聚變就必須使它們間的距離達(dá)到核力發(fā)生作用的距離，而核力是短程力，作用距離在10－15m，在這個(gè)距離上時(shí)，質(zhì)子間的庫侖斥力非常大，為了克服庫侖斥力就需要原子核具有非常大的動(dòng)能才會(huì)撞到一起，當(dāng)溫度達(dá)到幾百萬度時(shí)，原子核就可以具有這樣大的動(dòng)能．1．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動(dòng)能．要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫．2．輕核聚變是放能反應(yīng)從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)．3．核聚變的特點(diǎn)(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量．(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去．(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆．4．核聚變的應(yīng)用(1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置．它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸．(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段．4．下列關(guān)于聚變的說法中正確的是()A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．自然界中不存在天然的熱核反應(yīng)E．輕核聚變易控制，目前世界上的核電站多數(shù)是利用核聚變反應(yīng)釋放核能【解析】輕核聚變時(shí)，必須使輕核之間距離達(dá)到10－15m，所以必須克服庫侖斥力做功，A正確；原子核必須有足夠的動(dòng)能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，原子核必須處在幾百萬攝氏度下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，故B、C正確E錯(cuò)誤；在太陽內(nèi)部或其他恒星內(nèi)部都進(jìn)行著熱核反應(yīng)，D錯(cuò)誤．【答案】ABC5．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)，它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，關(guān)于eq\o\al(3,2)He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電E．聚變反應(yīng)一定有質(zhì)量虧損【解析】核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生新的原子核，同時(shí)由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，會(huì)有核能的釋放，這是人類利用核能的途徑之一．目前核電站大多采用重核裂變的方法來釋放與利用核能發(fā)電．【答案】ABE6．氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結(jié)合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應(yīng)方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV(1)這個(gè)核反應(yīng)稱為________．(2)要發(fā)生這樣的核反應(yīng)，需要將反應(yīng)物質(zhì)的溫度加熱到幾百萬開爾文．式中MeV是核反應(yīng)中________(選填“放出”或“吸收”)的能量，核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量比核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量________(選填“增加”或“減少”)了______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