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學習目標

1.知道重核的裂變反應和鏈式反應發(fā)生的條件。2.了解裂變反應堆的工作原理及核電站和核能利用的優(yōu)缺點。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,能計算核反應釋放的能量。思維導圖

一核裂變重核在被中子轟擊后分裂成兩個質(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，德國物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變.哈恩1879—1968，德國放射化學家和物理學家獲1944年諾貝爾化學獎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）鏈式反應當中子進入U235,使其分裂成幾塊，同時釋放出2~3個中子，這些中子又引起其它鈾核的裂變，這樣裂變就會不斷的進行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈式反應.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水泥防護層：主要作用是吸收中子，控制反應速度，所以叫作控制棒。③鎘棒：

二

反應堆與核電站2.核電站優(yōu)點：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.輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的反應叫聚變.3．實例分析熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。氫彈，由化學炸藥引爆原子彈，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(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錯誤；B．大亞灣核電站是利用重核裂變來發(fā)電，B錯誤；C．根據(jù)質(zhì)能方程，該核反應所釋放的核能為C正確；D．比結(jié)合能大的原子核更穩(wěn)定，一個氘核與一個氚核結(jié)合成一個核時，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錯誤。故選C。答案：C課堂訓練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方程，表述正確的有（）A．是人工核反應B．是核裂變反應，該反應吸收能量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?，用鎘棒控制反應速度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，科學家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束課堂訓練解析：A．

是核聚變反應，故A錯誤；B．

是核裂變反應，反應過程中有質(zhì)量虧損，則該反應放出能量，故B錯誤；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。由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該反應釋放出的能量為________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