2017_2018学年高中物理原子核5裂变和聚变教学案粤教版

1、第五节裂变和聚变目标定位1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件 3 会计算裂变、聚变所释放的能量.痴习导学I:：:!；记点盘一、核裂变与链式反应1 .核裂变比较重的一个核分裂为两个较轻的核并释放出能量的反应.2 .链式反应一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程自己持续下去,源源不断地将核能释放出来的反应.3 .一种典型的裂变反应方程氢 1+0n-36Kr+MBa+3 也4 .临界体积能够发生链式反应的铀块的最小体积.二、受控热核反应1 .核聚变比较轻的两个核结合成一个较重的核，并释放出能量的反应叫核聚变.2 .能量变化轻核聚变后，平均

2、结合能增加，反应中会释放能量.3 .核反应举例2341iH+ihR 推+0n+17.6MeV.4 .核反应条件必须使它们的距离达到 102m 以内，使核具有足够的动储宝核才能够发生聚变.5 .受控热核反应热核反应能量在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应.6 .实现受控热核反应的条件(1)要把热核燃料加热到非常高的温度；(2)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件.疑推向施卡片入预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 3课堂训义邸以”5,一、对核裂变和链式反应的理解1 .核子受激发：当中子进入铀

3、 235 后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状.2 .核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出 23 个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应.3 .能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量.一般来说，平均每个核子放出的能量约为 1MeV,1kg 铀 235 全部裂变放出的能量相当于 2800t 优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温.4 .用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：2351144891

4、92U+0n56Ba+36Kr+3on;2?U+0n15?Xe+30Sr+100n【例 1】关于重核的裂变，下列说法正确的是（）A.核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B.重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少C.铀核自发放出“粒子、3 粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量D.重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损答案 D解析将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项 D 正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动

5、能，选项 A 错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B 错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项 C 错误.借题发挥重核裂变的实质（1）重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程.（2）重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的平均结合能相比中等质量的核的平均结合能要小.所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量.【例 2】用中子轰击铀核（$U）,其中的一个可能反应是分裂成银（1561Ba）和氟（36Kr）两部分

6、,放出3 个中子.各个核和中子的质量如下：m=390.3139X1027kg,m=1.6749X1027kg;ma=234.0016X1027kg,mKr=152.6047x1027kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能.答案0n+$U1561Ba+92Kr+30n3.2202X1011J解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程.11?-rrt、r1235.141_92_,入1铀核裂变方程为0n+92U56Ba+36Kr+30n,根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能.则核反应前后的质量亏损为，,八一27.Ami=mu+mim

7、Bamv3m=0.3578X10kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为AE=AmC=0.3578X1027X(3X108)2J=3.2202X1011J.二、核聚变及核能的计算1 .聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10 一5m,这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温.2 .轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应.3 .聚变方程1H+1H2He+0n+丫.4.重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目、重核裂变轻核聚变放能

8、原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 34 倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多【例【例3】以下说法正确的是()A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C.聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大的能量答案 D解析从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同.裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应，A 选项错误；裂变

9、与聚变都释放能量，B 选项错误；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量.但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量.因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，C 选项错误.【例【例4】一个质子和两个中子聚变为一个瓶核，已知质子质量nH=1.0073u,中子质量m=1.0087u,瓶核质量 m=3.0180u.求：(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？113答案(1)1H+20n-1H(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析(1)聚变方程1H+20n3H.(2)质量亏损 AnnH+2m-nr=(1.0073+

10、2X1.0087-3.0180)u=0.0067u,释放的核能AE=AmC=0.0067X931.5MeV=6.24MeV.(3)平均每个核子放出的能量为 624MeV=2.08MeV.3对点排习.工用艮？对核裂变的理解1.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应为肾 11+0n-1564Ba+39Kr+30n,下列说法正确的有()A.上述裂变反应中伴随着中子放出B.铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案 AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出,的发生有影响，B 错；铀核的链式反应可人工控制，C 对；

11、铀核的半衰期不会受到环境温度A 对；铀块体积对链式反应的影响，D 错.对核聚变的理解2 .科学家发现在月球上含有丰富的2He（氨 3）,它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为 23He一2；H+2He,关于2He 聚变下列表述正确的是（）A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用2He 聚变反应发电答案 B解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一.目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电.3 .太阳不断地向外辐射能量，仍保持 1 千万度以上

12、的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的（）A.衰变反应 B.人工核反应C.裂变反应 D.热核反应答案 D核聚变释放的核能的计算4 .笊核（2H）和瓶核（3H）结合成氨核（4He）的核反应方程如下：2H+3H4He+in+17.6MeV（1）这个核反应称为.（2） 要发生这样的核反应， 需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文.式中 17.6MeV核反应中 （填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量（填“增加”或“减少”）了 kg（保留一位有效数字）.答案（1）聚变（2）放出减少 3X1029解析在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由 AE=Am（2,可以

13、求得 Am=3x1029kg.c麴如巾练|窜攵 T：.优t 事!（时间：60 分钟）题组一对核裂变的理解1.裂变反应中释放出的能量来自于（）A.核子消失转化为能量B.原子中电子与原子核的电势能减小C.入射的中子消失转化为能量D.原子核的平均结合能变大，释放出能量答案 D解析发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故 A、C 错误；能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，C 错误，D正确.2.（多选）当一个重核裂变时，它能产生的两个核（）A.一定是稳定的B.所含有的中子数较裂变前重核的中子数少C.裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D.可以是

14、多种形式的两个核的组合答案 BD重核减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项 BD 正确.3.铀核裂变时，关于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是（）A.铀块的质量是重要因素，与体积无关B.为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C.若铀 235 的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D.能否发生链式反应与铀块的质量无关答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体

15、积大，若超过临界体积则能够发生链式反应，由此知 A、BD 错误，C 正确.4.一个235U 核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为$U+0n-X+38Sr+20n,则下列叙述正确的是（）A. X 原子核中含有 86 个中子B. X 原子核中含有 141 个核子C.因为裂变时释放能量，根据 E=m（2,所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案 A解析重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出23 个中子，故两核中子数会比原来的解析 X 原子核中的核子数为（235+1）（94+2）=140,B 错误；中子数为 140（9238）=86,故

16、 A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故 GD 错误.92U+0n60Nd+Zr+30n+8ie+v(1)核反应方程中的 V 是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物错(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为 235.0439u，中子的质量为 1.0087u，铉(Nd)核的质量为 142.9098u,错核的质量为 89.9047u，试计算 1kg 铀 235 裂变释放的能量为多少？答案(1)4090(2)8.1X1013J解析(1)错的电荷数 Z=9260+8=40,质量数 A=236146=90.核反应方程中用符号版 r 表示.(2)1kg 铀 23

17、5 中铀核的个数为1n=235.0439X1.6606X10不考虑核反应中生成的电子质量，1 个铀 235 核裂变产生的质量亏损为Am=0.212u,释放的能量为AE=0.212X931.5MeV=197.5MeV则 1kg 铀 235 完全裂变释放的能量为E=nAE=2.56x1024x197.5MeV=8.1X1013J.题组二对核聚变的理解6.关于核聚变，以下说法不正确的是()A.与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B.世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C.要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 1015m 以内，核力才能起作用D.地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出

18、大量核聚变所需的笊核答案 B解析与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多;(3)核废料易处理.但核聚变发电还没有投入实际运行.所以 B 项是不正确的.7 .重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是()A.裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损8 .裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加C.裂变过程和聚变过程都有质量增加5.现有的核电站常用的核反应之是:力=2.56X1024（个）D.裂变过程和聚变过程都有质量亏损答案 D解析重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损.8 .（多选）下列说法正确的是（）A.

19、17N+；H1f2C+2He 是“衰变方程B.1iH+2H3He+丫是核聚变反应方程C.29：8U$Th+2He 是核裂变反应方程D.lHe+27AI-35P+in 是原子核的人工转变方程答案 BD解析选项 AD 为原子核的人工转变，选项 B 为轻核聚变，选项 C 为原子核的衰变，故选项 B、D 正确.9 .某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为；H+1f2CH一；N11512_+Q,iH+7NI6C+X+Q方程中Q、Q表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核1H2He2He6C13*i7N15*i7N质里/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是（）1g 氢核（即 1m