全优课堂·物理·选择性必修第三册(人教版) 课件 第5章　4 核裂变与核聚变

第五章原子核4核裂变与核聚变

1.知道重核裂变的产物和链式反应发生的条件(重点).2.知道核聚变，了解受控聚变反应(重点).3.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量(重难点).课前·

自主预习1．重核的裂变(1)核裂变：用______轰击铀核，铀核分裂成质量______的两部分，并释放出能量的核反应过程叫作核裂变．(2)裂变能：核裂变________出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．核裂变是释放核能的方法之一．(3)铀核裂变的产物多种多样，其中有代表性的有：核裂变中子相近释放链式反应最小临界体积中子源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________、重水或普通水作慢化剂．(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉___________的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．核电站反应堆铀棒石墨吸收中子2．工作原理：核燃料________释放能量，使反应区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，深埋地下．裂变循环流水泥层放射性动核聚变与受控热核反应质量较大能量10-15m温度热核反应(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是________，需要用__________爆炸产生的高温高压引发核爆炸．(5)太阳能：太阳的主要成分是氢，太阳中心温度可达1.5×107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部__________释放的核能．氢弹原子弹核聚变2．受控热核反应(1)聚变的优点：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，控制温度，可控制反应，而且生成的废物数量少、易处理．(2)聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温．(3)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________从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应．环流器激光课堂·

重难探究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．探究重核裂变反应对重核裂变的理解例1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，所以核子数要减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【答案】D【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积．如果体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生．变式1

(多选)中子的发现对认识原子核内部结构是一个转折点，具有重大的理论意义，也为原子能的利用开辟了道路，可以说中子敲开了人类进入原子能时代的大门．下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表中子的有 (

)【答案】AD解：(1)根据电荷数和质量数守恒，可得Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－143－3×1＝90.(2)方法一：质量亏损Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u.一个铀核裂变释放能量ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.2174×931.5MeV≈202.5MeV.方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u＝0.2174×1.6606×10-27kg≈3.6×10-28kg，ΔE＝Δmc2＝3.6×10-28×(3×108)2J＝3.24×10-11J.【答案】B1．核反应堆的组成核反应堆由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分组成．其中控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．之所以把它叫作“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是由石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的．核电站2．核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施).核反应堆是人工控制链式反应的装置．3．核电站发电的主要原理核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．对原子核反应堆的理解例3关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是

(

)A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度【答案】C【解析】镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强，镉棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故镉棒也叫控制棒，C正确．变式3

(多选)如图是核电站工作流程图，关于核能，下列说法正确的是

(

)A．核反应堆可以把核能直接转化为电能B．核反应堆利用的是原子核衰变过程产生的能量C．核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能D．水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线【答案】CD【解析】核反应堆把核能转化为内能，再转化为电能，A错误；核反应堆利用的是核裂变过程产生的能量，B错误；核反应堆中发生核反应要放出热量，则核反应生成物的比结合能大于反应物的比结合能，C正确；水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线，D正确．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．探究核聚变反应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核反应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核反应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，人们还不能控制它对核聚变的理解例4

(多选)下列说法正确的是 (

)A．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B．要使轻核发生聚变反应，必须使核之间的距离接近到1×10-15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功D．热核反应只有在人工控制下才能发生【答案】AB【解析】由质能方程可知，A正确；轻核结合成质量较大的核，必须使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围，才能使它们紧密地结合起来，B正确、C错误；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，D错误．【答案】D聚变中核能的计算例5一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.018u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能有多大？(3)平均每个核子释放的能量有多大？【答案】D【答案】D小练·

随堂巩固1．(多选)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，但不一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【答案】BD【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，A、C错误，B正确；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，D正确．【答案】A【解析】热核反应是两个轻核结合成质量较大的核，可在瞬间产生大量热能，核反应方程A正确，B、C、D错误，故选A．3．(2024年江西开学考试)我国“玲龙一号”(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源．下列说法正确的是 (

)A．“玲龙一号”核反应堆的核燃料是取自海水中的氘B．“玲龙一号”原理是利用轻核的聚变释放核能C．“玲龙一号”是利用重核裂变释放的核能来发电D．“玲龙一号”是利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能【答案】C【解析】“玲龙一号”是利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，A、B错误，C正确；中等质量的核比结合能最大，则“玲龙一号”是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能，D错误．4．(2024年安庆模拟)根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是 (

)A．核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒B．核聚变反应中生成的新核比结合能大