優(yōu)選課件：高中物理人教版 選擇性必修 第三冊 核裂變與核聚變

第四節(jié)

核裂變與核聚變

4-5

第五章原子核人教物理選擇性必修3學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件。2.了解裂變反應(yīng)堆的工作原理及核電站和核能利用的優(yōu)缺點(diǎn)。3.掌握核聚變的定義及發(fā)生條件。4.會判斷和書寫核裂變、核聚變方程,能計(jì)算核反應(yīng)釋放的能量。思維導(dǎo)圖

一核裂變重核在被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的較輕原子核，并放出核能的過程。1.定義：重核裂變只發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中，自然界不會自發(fā)產(chǎn)生2.鈾核的裂變1938年，德國物理學(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.哈恩1879—1968，德國放射化學(xué)家和物理學(xué)家獲1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1）發(fā)現(xiàn)：2）裂變產(chǎn)物：多種多樣Xe和Sr氙和鍶Ba和Kr鋇和氪Sb和Nb銻（tī）和鈮（ní）3）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)中子進(jìn)入U(xiǎn)235,使其分裂成幾塊，同時(shí)釋放出2~3個(gè)中子，這些中子又引起其它鈾核的裂變，這樣裂變就會不斷的進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng).①定義：核裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。②必要條件：1.核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，組成：由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，它是核反應(yīng)堆的燃料。①鈾棒：石墨(或重水)作為慢化劑，附著在鈾棒周圍，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?，便于被?35“捉”住，發(fā)生核裂變。②石墨(或重水)：屏蔽射線，防止放射性污染。④水泥防護(hù)層：主要作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以叫作控制棒。③鎘棒：

二

反應(yīng)堆與核電站2.核電站優(yōu)點(diǎn)：①消耗的核燃料少②污染小

一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右，而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬噸。核電站對環(huán)境的污染比火電站小。

三核聚變1.核聚變：2.發(fā)生條件：例如：原子核間距離在10-15m范圍內(nèi),需要高溫幾百萬度，所以聚變又叫熱核反應(yīng).輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的反應(yīng)叫聚變.3．實(shí)例分析熱核反應(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。氫彈，由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。(1)宇宙天體：(2)核武器：5．實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方案：磁約束和慣性約束。4．核聚變與核裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高；(2)地球上核聚變?nèi)剂系膬α控S富；(3)輕核聚變更為安全、清潔。1.我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”（又被稱為“人造太陽”）將在2020年投入運(yùn)行，其所發(fā)生的可控核聚變方程是

已知

、

、

和X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3和m4，真空中的光速為c，下列說法正確的是（）A．X是質(zhì)子B．大亞灣核電站利用核聚變發(fā)電C．該核反應(yīng)所釋放的核能為D．

和

的結(jié)合能之和大于的結(jié)合能課堂訓(xùn)練解析：A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X是中子，A錯(cuò)誤；B．大亞灣核電站是利用重核裂變來發(fā)電，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)質(zhì)能方程，該核反應(yīng)所釋放的核能為C正確；D．比結(jié)合能大的原子核更穩(wěn)定，一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)核時(shí)，釋放能量，則

更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，核子數(shù)守恒，則

和

的比結(jié)合能之和小于

的比結(jié)合能，D錯(cuò)誤。故選C。答案：C課堂訓(xùn)練2.能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有（）A．是人工核反應(yīng)B．是核裂變反應(yīng)，該反應(yīng)吸收能量C．由于裂變比聚變產(chǎn)能效率高，目前的核電站是利用的裂變，用減速劑把快中子變?yōu)闊嶂凶樱面k棒控制反應(yīng)速度D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度，科學(xué)家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束課堂訓(xùn)練解析：A．

是核聚變反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B．

是核裂變反應(yīng)，反應(yīng)過程中有質(zhì)量虧損，則該反應(yīng)放出能量，故B錯(cuò)誤；C．由于裂變?nèi)菀卓刂魄野l(fā)生的條件比聚變更低，則目前的核電站是利用的裂變，但聚變產(chǎn)能效率高，故C錯(cuò)誤；D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度，科學(xué)家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束，故D正確。故選D。答案：D課堂訓(xùn)練例1：(全國高考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：

，式中x是某種粒子。已知：

和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該反應(yīng)釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。課堂檢測例2：(多選)(廣東高考)能源是社