高中 物理 必修第三册 第五章 原子核《第4节 核裂变与核聚变 第5节“基本”粒子》课件

物理第五章原子核第4节核裂变与核聚变第5节“基本”粒子01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标[学习目标]1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。2．了解裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式。3．知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展。4．会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。5．初步了解粒子物理学的基础知识。中子核能3．链式反应(1)由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的____________。(2)通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的____________，相应的质量叫作____________。链式反应临界体积临界质量知识点2反应堆与核电站1．核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为____________。2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有______、______和_________。3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收______的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入___一些，多吸收一些______，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作_________。核反应堆石墨重水普通水中子深中子控制棒4．核污染的处理为避免______对人体的伤害和_______________对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的_________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的_________，需要装入特制的容器，____________。射线放射性物质水泥层放射性深埋地下质量较大10－15m温度热核反应4．优点(1)轻核聚变_______________。(2)地球上__________________储量丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要。(3)轻核聚变更为安全、清洁。5．约束方法：_________和惯性约束。产能效率高核聚变燃料氘磁约束[判一判]1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(

)(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。(

)(3)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的。(

)(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。(

)×√√×知识点4发现新粒子1．新粒子：1932年发现了_________，1937年发现了____，1947年发现了_______和_______及以后的超子等。2．反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子______，而电荷等其他性质______，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子就是_________。正电子μ子K介子π介子相同相反正电子知识点5粒子的分类1．强子：强子是______强相互作用的粒子。______和______都是强子。2．轻子：轻子_________强相互作用。最早发现的轻子是______。3．规范玻色子：规范玻色子是______各种相互作用的粒子。光子传递____________作用，中间玻色子传递_________作用，胶子传递_________作用。4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。参与质子中子不参与电子传递电磁相互弱相互强相互[判一判]2．(1)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。(

)(2)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。(

)×√1．(核裂变)在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(

)A．使用浓缩铀B．改变铀块的临界体积C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度√√解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，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,C、D错误。3．(核聚变)在大约50至60亿年之后，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗殆尽，核心将发生坍缩。在太阳核心发生坍缩前，太阳的能量来源于内部的核反应，下列关于太阳的核反应的说法错误的是(

)A．核反应是太阳内部的核裂变B．核反应需要达到极高温度C．核反应前后核子的平均质量减小D．核反应前后核子总质量数不变√解析：核反应是太阳内部的核聚变，故A错误；核反应需要达到极高温度，故B正确；核反应前后释放能量，质量亏损，核子的平均质量减小，故C正确；核反应前后质量数守恒，电荷数守恒，核子总质量数不变，故D正确。4．(粒子的分类)以下说法正确的是(

)A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B．质子、中子、介子和超子都属于强子C．强子、轻子都有内部结构D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子√解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，A错误；质子、中子、介子和超子都属于强子，B正确；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，C错误；τ子质量比核子质量大，但τ子仍属于轻子，D错误。5．(基本粒子)现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为(

)A．－4，－2

B．4，－2C．－4，2 D．4，2解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、相同的电荷量,但电荷的符号相反。所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2。√探究一重核裂变的分析1．铀核的裂变和裂变方程(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或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．裂变反应的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。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。√√探究二核电站的工作原理及能量转化1．反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子,便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。2．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。【例2】原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成(

)A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统√[解析]

原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子,必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠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，同时使反应堆冷却，保证安全。[针对训练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；慢中子最容易引发铀核裂变，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。探究三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10－15m，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。5．重核裂变与轻核聚变的区别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3～4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重核裂变轻核聚变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。

1L海水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L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【例4】两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.0141u，氦核质量为

4.0026u。(1)写出相应的核反应方程