人教版高中物理选择性必修三 第5章第4节核裂变与核聚变课件

1、核裂变与核聚变人教版高中物理 选择性必修3新知导入较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢?新知讲解 裂变:重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应。一、核裂变的发现中子新知讲解链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过条件：每次裂变产生的中子，至少平均有一个能引发新的裂变保证 的纯度提纯铀块的大小临界体积:裂变物质能够发生链式反应的最小体积相应的质量：临界质量新知讲解多种多样二分裂三分裂 四分裂 .概率：二分裂的二分裂的质量数守恒，电荷守

2、恒新知讲解如果 1 kg 铀全部裂变，它放出的能量就相当于 2800 t 标准煤完全燃烧时放出的化学能。=1 kg 2800 t 课堂练习1、(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是()A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应BC解析：用中子轰击 等少数重核元素才能发生裂变反应,铀核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分,但产生两部分的概率最大,A、D错误,C正确;铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量,B正确。新知讲解二、反应堆与核电站核反应堆：

3、人工控制链式反应的装置吸收中子、控制反应速率慢中子(石墨、轻水、重水)(浓缩铀)核燃料新知讲解核能发电的基本原理新知讲解二战时期，美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%。 课堂练习2、(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是( )A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能B.镉棒的作用是控制反应堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和

4、输出热能解析：铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,故A正确;镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,故B正确;慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故C错误;水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,控制温度,故D正确。ABD新知讲解核聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应三、核聚变新知讲解思考讨论：发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们靠近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也

5、就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量的原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？方法:用加速器加速原子核 原子核加热到很高的温度108109K新知讲解大阳是一个巨大的热核反应堆弹体引爆装置氘、氚、重氢化钾等铀 235外壳普通炸药氢弹结构示意图小型原子弹普通炸药铀235氘、氚爆炸裂变聚变释放核能新知讲解热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性1）轻核聚变产能效率高2）地球上聚变燃料的储量丰富（每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米的水，大约有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000 亿吨）3）轻聚变更为安全、清洁（高温不能维持反

6、应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）1、受控核聚变新知讲解难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。2、实现核聚变的方法托卡马克（环流器）磁约束装置新知讲解惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。惯性

7、约束聚变激光新知讲解四、重核裂变与轻核聚变的区别 比较项目重核裂变轻核聚变放能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,放出核能原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限,尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7%主要原料是氘,氘在地球上的储量非常丰富可控性速度比较容易进行人工控制,现在的核电站都是用核裂变反应释放核能目前,除氢弹以外,人们还不能控制它放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大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简单得多课堂练习3、关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是()A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放

8、的能量多B.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增大解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多,故A错误;由于聚变反应中释放出巨大的能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故C、D错误。B拓展提高1、(多选)日本福岛第一核电站在地震后,数秒内就将控制棒插入核反应堆芯,终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统,因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量,核燃料棒温度不断上升,对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是( )A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B.控制棒插入核反应

9、堆芯后,被吸收的中子数量变多C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的ABD拓展提高解析：控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制,选项A、B正确;泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害,选项D正确;因为是核裂变反应且有能量释放,可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小,故C错误。拓展提高2、1938年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些射线。下列关于这个实验的说法中正确的是()B.这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C.这个反应中释放出来的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算D.实验

10、中产生的射线穿透能力极强D拓展提高解析：根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程应为 ,选项A错误;铀核裂变过程中产生射线,放出能量,发生质量亏损,释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算,选项B、C错误;核反应中产生的射线,穿透能力极强,是能量极高的光子,选项D正确。拓展提高3、一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.0073 u,中子质量mn=1.0087 u,氚核质量mT=3.0180 u。(1)写出聚变方程;(2)释放出的核能为多大?(3)平均每个核子释放的能量是多大?(2)质量亏损m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3.018 0)u=0.0067 u,释放的核能E=