高中物理粤教版5第四章原子核 第4章第5节裂变和聚变

第五节裂变和聚变学习目标知识脉络1.知道核裂变和核聚变的概念，知道重核裂变和轻核聚变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应.3.知道核聚变反应及受控热核反应．(重点)4.会计算重核裂变、轻核聚变过程中释放出的能量．(难点)核裂变与链式反应eq\o([先填空])1．核裂变重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型的铀核裂变(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)neq\o([再判断])1．铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)2．裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)3．核聚变和核裂变中所产生的能量，都可以为人类所利用．(√)eq\o([后思考])为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？【提示】由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．1．裂变的解释(1)核子受激发：当中子进入铀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2～3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，释放出越来越多的核能．(3)能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量，一般说来，平均每个核子放出的能量约为1MeV,1kg铀全部裂变放出的能量相当于2500t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________．【解析】重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去．【答案】中子2．关于重核的裂变，以下说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能E．核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损【解析】核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D、E正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．【答案】CDE3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(A,Z)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则A＝________，Z＝________.【解析】根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知，A＝94，Z＝38.【答案】9438对重核裂变的两点理解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，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．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．受控热核反应eq\o([先填空])1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV.(3)条件：①轻核的距离要达到10－15_m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．2．受控热核反应人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是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．3．优点(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．4．约束方法磁约束和惯性约束．eq\o([再判断])1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)eq\o([后思考])核聚变为什么需要几百万度的高温？【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万度时，原子核就可以具有这样大的动能．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10－15m，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比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．4．下列关于聚变的说法中正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应E．轻核聚变易控制，目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能【解析】轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确E错误；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．【答案】ABC5．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦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方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，关于eq\o\al(3,2)He聚变下列表述正确的是()A．聚变反应会释放能量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eq\o\al(3,2)He聚变反应发电E．聚变反应一定有质量亏损【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．【答案】ABE6．氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)结合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反应方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV(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MeV是核反应中________(选填“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________(选填“增加”或“减少”)了________kg(