高中物理3.4裂變和聚變名師優(yōu)質(zhì)課獲獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

四、裂變和聚變第1頁1.知道重核裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生條件。2.了解原子彈和核反應(yīng)堆工作原理。3.知道輕核聚變反應(yīng)。4.了解聚變反應(yīng)特點(diǎn),知道可控?zé)岷朔磻?yīng)。第2頁一二一、核裂變1.鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多碎塊,把這個(gè)核反應(yīng)定名為原子核裂變。2.由重核裂變產(chǎn)生中子使裂變反應(yīng)一代接一代地繼續(xù)下去過程,叫作核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。3.裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)最小體積叫作它臨界體積,對應(yīng)質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。你知道核電站中反應(yīng)堆里發(fā)生是什么核反應(yīng)嗎?答案:重核裂變反應(yīng)。第3頁一二二、核聚變和受控?zé)岷朔磻?yīng)1.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大核,這么核反應(yīng)叫作聚變。2.物質(zhì)溫度到達(dá)幾百萬攝氏度時(shí),猛烈熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核含有足夠動(dòng)能,能夠克服庫侖斥力,碰撞時(shí)十分靠近,發(fā)生聚變,聚變又叫熱核聚變。3.為了實(shí)現(xiàn)核聚變,能夠用磁場約束參加反應(yīng)物質(zhì),使其不致飛散;也能夠利用聚變物質(zhì)慣性進(jìn)行約束。環(huán)流器是當(dāng)前最好一個(gè)磁約束裝置。第4頁一二太陽會“死”嗎?提醒:因?yàn)樘柲芰吭黾优c半徑增加不相當(dāng),太陽表面溫度將比現(xiàn)在低,從而變成一顆紅巨星。這顆紅巨星再經(jīng)過幾十億年后,氦燃料也將消耗完成。像第一次消耗完氫燃料一樣,太陽內(nèi)核又會收縮,內(nèi)部溫度上升。對于很大恒星來說,這一次坍縮會造成碳元素聚變。然而,因?yàn)樘栙|(zhì)量不足以產(chǎn)生碳聚變,這么它將變成一顆白矮星。伴隨內(nèi)部溫度和光度降低,最終變成一顆不發(fā)光黑矮星。第5頁一二三一、鈾核裂變1.一個(gè)經(jīng)典鈾核裂變反應(yīng):2.原子彈內(nèi)部鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是不可控制,核電站中反應(yīng)堆里鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是在人工控制下進(jìn)行。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中都能釋放出巨大核能。第6頁一二三二、輕核聚變使輕核發(fā)生聚變,必須使它們距離到達(dá)10-15m近距離。輕核聚變要比裂變釋放更多能量。平均每個(gè)核子放出能量在3MeV以上,比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出能量大3~4倍。第7頁一二三三、裂變與聚變比較1.原理不一樣重核裂變是重核裂變成幾個(gè)質(zhì)量較小原子核,而聚變是幾個(gè)輕核聚變(結(jié)合)成質(zhì)量較大原子核。2.放出能量多少不一樣聚變比裂變能放出更多能量。第8頁一二三3.“燃料”豐富程度不一樣聚變所需要“燃料”——氘在地球上非常豐富,1L海水中大約有0.03g氘,假如用來進(jìn)行熱核反應(yīng),放出能量約和燃燒300L汽油相當(dāng);而裂變?nèi)剂稀櫾诘厍蛏蟽α坑邢?尤其是用于核裂變鈾235,在鈾礦中僅占0.7%,相比起來聚變?nèi)剂稀S富得多,我國是一個(gè)“貧鈾”國家,貯藏量不多。4.兩種反應(yīng)可控制性不一樣裂變反應(yīng)速度能夠比較輕易地進(jìn)行人工控制,所以,現(xiàn)在國際上核電站都是利用裂變放出能量;而聚變反應(yīng)可控制性比較困難,世界上許多國家都主動(dòng)研究可控?zé)岷朔磻?yīng)理論和技術(shù)。第9頁類型一類型二第10頁類型一類型二題后反思求解核裂變釋放出核能,要正確寫出核反應(yīng)方程,求出反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損Δm,用ΔE=Δmc2計(jì)算出裂變過程中釋放核能。第11頁類型一類型二第12頁類型一類型二第13頁類型一類型二第14頁類型一類型二題后反思和一切核反應(yīng)一樣,求核聚變中釋放核能,首先要正確寫出聚變方程,求出反應(yīng)中質(zhì)量虧損,利用ΔE=Δmc2求得反應(yīng)中釋放核能。第15頁類型一類型二第16頁123451關(guān)于鈾核裂變,下述說法正確是(

)A.鈾核裂變產(chǎn)物是各種多樣,但只能裂變成兩種不一樣核B.鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放2~3個(gè)中子C.為了使裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)輕易進(jìn)行,最好用純鈾235D.鈾塊體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響解析:鈾核受到中子轟擊,會引發(fā)裂變,裂變產(chǎn)物是各種各樣,含有極大偶然性,但裂變成兩塊情況多,也有分裂成多塊,并放出幾個(gè)中子;鈾235受中子轟擊時(shí),裂變概率大,而鈾238只有俘獲能量在

1

MeV

以上中子才能引發(fā)裂變,且裂變概率小,而要引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng),需使鈾塊體積超出臨界體積。故選項(xiàng)B、C正確。答案:BC第17頁12345第18頁12345第19頁12345解析:質(zhì)量虧損是反應(yīng)物與生成物質(zhì)量之差,差值可用“u”或“kg”作單位,前者直接用1

u虧損放出931.5

MeV能量計(jì)算,后者核能單位是焦耳。答案:BD第20頁123454原子核聚變有望給人類未來提供豐富潔凈能源。當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí),氘核參加幾個(gè)聚變反應(yīng)可能發(fā)生,放出能量。這幾個(gè)反應(yīng)總效果能夠表示A.k=1,d=4

B.k=2,d=2C.k=1,d=6 D.k=2,d=3解析:由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,分別有4k+d=10,2k+d=6,解得k=2,d=2。