核裂变与核聚变 导学案 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

5.4核裂变与核聚变【学习目标】1.知道核裂变、链式反应的概念，会计算核裂变释放的核能．2．了解核反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程．3．知道核聚变的概念、条件及受控热核反应的控制方案，会计算核聚变释放的核能．1．发现：1938年年底，德国物理学家________和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了________的裂变．2．核裂变(1)重核被________轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类反应定名为核裂变．(2)铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋________.(3)链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应．(4)链式反应的条件发生裂变物质的体积大于________或裂变物质的质量大于________．4．了解可控热核反应及其研究和发展。5．核裂变的能量：1kg铀235全部发生核裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能。知识点二反应堆与核电站1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：________.(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用_________作慢化剂．(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒．镉________的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度会慢一些，这种镉棒叫作控制棒．2．工作原理：____________释放的能量，使反应区温度升高．3．核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽________放出的各种射线，核反应堆中的核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，深埋地下．知识点三核聚变1．定义：两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫作________．2．举例：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV.3．条件：轻核的距离要达到________以内．需要加热到很高的________，因此又叫________．4．优点：第一、轻核聚变____________．第二、地球上核聚变燃料的________．第三、轻核聚变更为安全、清洁．5．控制方法(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是________．(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用高能量密度的________________从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应．例1、铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是()A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使铀235核裂变的链式反应容易发生，最好直接利用核裂变时产生的快中子C．只有铀235的体积超过它的临界体积，核裂变的链式反应才能发生D．核裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关例2、如图所示是慢中子核反应堆的示意图，关于该核反应堆，下列说法正确的是()A．铀235容易吸收快中子后发生核裂变B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起核裂变C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些例3、有四个核反应方程如下：①eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(138,54)Xe＋3X1②eq\o\al(2,1)H＋X2→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X3④eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(27,13)Al＋X4下列说法正确的是()A．①是核聚变 B．X2为eq\o\al(2,1)HC．③是核裂变 D．X4为中子例4、1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏伽德罗常数)()A．NA×196MeVB．235NA×196MeVC．235×196MeVD．eq\f(NA,235)×196MeV巩固练习1、铀核可以发生衰变和裂变，铀核的()A．衰变和裂变都能自发发生B．衰变和裂变都不能自发发生C．衰变能自发发生而裂变不能自发发生D．衰变不能自发发生而裂变能自发发生2．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()A．质子B．中子C．β粒子 D．α粒子3、(多选)下列说法正确的是()A．核聚变反应方程可能为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)nB．铀核裂变的核反应方程可能为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分D．中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc24、（多选）铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生核裂变，也发生衰变．铀235核裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，衰变方程为eq\o\al(235,92)U→Y＋eq\o\al(4,2)He，则下列说法正确的是()A．核裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量B．核裂变产生的新核X中含有88个中子C．衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大D．核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变5、太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(4,2)He组成的．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2X＋4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋释放的核能ΔE，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的eq\o\al(1,1)H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段．为了简化，假定目前太阳全部由电子和eq\o\al(1,1)H核组成．已知质子质量mp＝1.6726×10－27kg，eq\o\al(4,2)He质量mα＝6.6458×10－27kg，电子质量me＝0.9×10－30kg，光速c＝3×108m/s，太阳质量M＝2×1030kg，太阳辐射功率P＝4×1026W，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.下列结论正确的是()A．核反应中的X是电子B．释放的核能ΔE约为4.2×10－12JC．若释放的核能全由波长为300nm的光子组成，一次核反应释放出的光子数约为6.3×108个D．太阳继续保持在主序星阶段的时间约为1010年6、某核电站发电功率为5×105kW，用eq\o\al(235,92)U作为核燃料，已知eq\o\al(235,92)U核裂变主要是按如下方程进行的：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,