高中物理 第4章 第3节 核聚变 第四节 核能的利用与环境保护精品课件 鲁科选修35

1、2021/8/11 星期三1第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护2021/8/11 星期三2核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第4节核能的利用与环境保护课前自主学案课标定位2021/8/11 星期三3课标定位学习目标：1.知道核聚变反应，关注受控聚变反应的研究进展2知道核电站的工作模式3通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系重点难点：聚变反应、可控热核反应2021/8/11 星期三4课前自主学案一、轻核聚变1轻核的平均结合能_中等质量的核的平均结合能2轻核聚变：采用轻核_成较重核引起结合能变化的方式可获得_这样的核反应称为轻核聚变小于聚合核能2021/8/11 星期三5核聚变大的多3聚变

2、不仅能释放_的能量，而且所用燃料容易_巨大获得2021/8/11 星期三6二、可控热核聚变反应1要使核子发生聚变，必须使核子接近_的范围两个氘核发生聚变，它们的距离达到_米以内，核力才能起作用2轻核聚变温度到达_K，在这样的高温下，原子完全电离形成_，才能实现聚变3为了实现核聚变，目前靠三种方法对等离子体进行约束，一是靠_，二是用_，三是靠_核力能发生作用1015108等离子态引力磁场惯性2021/8/11 星期三7三、核电站1核电站就是将_释放的_转化为电能的发电厂反应堆核能四、核武器1原子弹是一种没有_、_的爆炸性_装置2氢弹是一种靠_、不需_而实现聚变的反应装置减速剂不加控制链式反应惯性

3、约束人工控制2021/8/11 星期三8 思考感悟为什么只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹？提示：氢弹是热核反应，需达到几百万以上高温才能进行核反应，只有用原子弹爆炸的高温高压，才可以使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹2021/8/11 星期三9五、核能的优势与危害1核能作为一种新能源，有很多优势(1)核能发电比燃煤发电的_(2)核电站对环境污染比燃煤发电厂_2核能的利用也存在一些危害(1)核燃料使用后，存留一定量的具有_的废料(2)核武器威力巨大，摧毁生命，且使生态环境受到严重破坏成本低小得多高放射性2021/8/11 星期三10核心要点突

4、破2021/8/11 星期三11(1)微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即1015m.要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能，以克服原子核之间巨大的库仑斥力(2)宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它们加热到几百万开尔文的高温聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它提供能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去，在短时间内释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸2021/8/11 星期三122聚变比裂变反应放出更多能量的原因2021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14特别提醒：轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚变反应放出更大的能量由于发生聚变的

5、温度极高，聚变又叫热核反应2021/8/11 星期三15即时应用 (即时突破，小试牛刀)1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的能量多B聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C聚变反应中粒子的平均结合能变小D聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加2021/8/11 星期三16解析：选B.在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误2021/8/11 星期三17二、重核裂变与轻核聚变的比较 反应方式比较项目

6、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23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2021/8/11 星期三18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 U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.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300 L汽油相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站还都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它2021/8/11 星期三19特别提

7、醒：(1)重核裂变发生链式反应的条件是铀块的体积须大于临界体积，轻核聚变发生的条件是原子核间距离接近到1015 m.(2)核武器中的原子弹利用的是核裂变，氢弹释放的能量主要源于核聚变2021/8/11 星期三20即时应用 (即时突破，小试牛刀)2聚变与裂变相比，下列说法不正确的是()A聚变比裂变产能效率高B由于聚变所产生的核能比裂变大得多，故裂变更安全C原子弹的燃料是 UD氢弹的原理是核的聚变，需由原子弹来引爆2021/8/11 星期三21解析：选B.聚变比裂变的平均结合能大，故A正确在目前的条件下，在重核的裂变过程中所产生的放射性污染要比轻核聚变时要大得多，故B错原子弹利用的核裂变燃料为 U

8、，氢弹利用的核聚变需原子弹引爆，故C、D正确2021/8/11 星期三22课堂互动讲练类型一聚变的理解例1 以下说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应B如果裂变反应释放能量，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，显然要吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量2021/8/11 星期三23【精讲精析】选项A，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同裂变是重核分裂成中等质量的核，而聚变则是轻核聚合成为较重的核裂变与聚变无直接关联，并非互为逆反应选项B，既然裂变与聚变不是互为逆反应，那么在能量的流向上也不必相反2021/8/11

9、星期三24选项C，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，总的说来，聚变反应还是释放能量，故选项D正确【答案】D【方法总结】聚变就是使原先相距“较远”的核克服库仑斥力而结合为一个“稳定”的新核，因此事先须让两核获得较大的初动能，常采用加热的方法2021/8/11 星期三25类型二聚变核能的计算例2 阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源(1)写出这个核反应方程(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减

10、少的质量为多少千克？(mp1.0073 u，mHe4.0026 u，me0.00055 u)2021/8/11 星期三26【思路点拨】核反应中由于质量数、电荷数保持守恒，由此可写出核反应方程；根据爱因斯坦的质能关系方程，由质量亏损(或能量)可计算释放的能量(或质量亏损)2021/8/11 星期三27(2)反应前的质量m14mp41.0073 u4.0292 u反应后m2mHe2me4.0026 u20.00055 u4.0037 umm1m20.0255 u，由质能方程得，释放能量Emc20.0255931.5MeV23.75 MeV.2021/8/11 星期三282021/8/11 星期三29【规律总结】对于轻核聚变时核能的计算与前面重核裂变时核能的计算方法完全一样，利用爱因斯坦质能方程进行计算即可