高中物理选择性必修三 同步导学案 5.4 核裂变与核聚变

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5.4
核裂变与核聚变
一、自主学习
（一）核裂变的发现
1.核裂变
重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的________，并放出核能的过程。
2.链式反应
当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的_______再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的_______反应。
（二）核聚变
1.定义：两个_______结合成质量较大的核的反应。
2.条件
a.轻核的距离要达到_______以内。?
b.聚变可以通过高温来实现，因此又叫______________反应。
二、课堂探究
[情景设问]较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。
在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？
（一）核裂变的发现
结论1：
裂变：重核分裂成___________的核，并释放__________的反应。
[讨论]根据图示，尝试写出核反应方程：
核裂变示意图
结论2：核反应方程是
______________________
[思考]通过下图你有什么发现？
裂变反应可以一代接一代继续下去。
结论3：核裂变中放出中子，数目有多有少，中子的速度也有快有慢。以铀235为例，核裂变时产生两或三个中子。如果这些中子继续与其他铀235发生反应，再引起新的核裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的___________。
[思考]链式反应顺利进行的条件有哪些？
结论4：铀块的___________是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，很有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续。只有当铀块足够大时，核裂变产生的中子才有足够大的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去。
结论5：
临界体积：裂变物质能够发生链式反应的___________
相应的质量：___________质量
我国科学家钱三强、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分：
如果
1
kg
铀全部裂变，它放出的能量就相当于
2800
t
标准煤完全燃烧时放出的化学能。
（二）反应堆与核电站
[情境引入]
核能发电的基本原理
二战时期，美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37%
；广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%。
结论6：
核反应堆：人工控制___________的装置
（三）核聚变
[思考]观察下列反应，与核裂变有什么不同？
结论7：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作___________。
受控核聚变
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性
1）轻核聚变产能效率高
2）地球上聚变燃料的储量丰富
（每升水中就含有
0.03
g
氘，地球上有
138.6
亿亿立方米的水，大约有
40
万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000
亿吨）
3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）
[思考]想要实现核聚变，有哪些方法呢？
结论8：
___________：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
___________：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
三、典题精讲
【例题1】中国“人造太阳”，最高温度能达近2亿度，或将造福全世界。它的辐射能量和太阳一样来自于内部的（　　）
A．化学反应
B．裂变反应
C．链式反应
D．热核反应
【例题2】关于核聚变下列说法错误的是（　　）
A．核聚变就是两个轻核结合成质量较大的核的过程
B．因为核聚变有质量亏损，所以聚变后比结合能会减少
C．核聚变的过程中，核子间的库仑力对核子做负功
D．太阳的巨大能量就是核聚变产生的
核心素养专练
1．有四个核反应方程如下：
①
②
③
④
下列说法正确的是（　　）
A．①是核裂变
B．x2为
C．③是人工核反应
D．x4为中子
2．有四个核反应方程如下：
①
②
③
④
下列说法正确的是（　　）
A．①是核聚变
B．为
C．③是核裂变
D．为中子
3．人类和平利用核能始于二十世纪五十年代，核能的开发和应用是解决能源问题的重要途径之一、下列关于核反应的描述或判断正确的是（　　）
A．是核聚变
B．是衰变
C．是衰变
D．是核裂变
4．快中子增殖反应堆是一种新型的核反应堆，运行时一方面消耗裂变燃料，一方面又生成，真正消耗的是在热中子反应堆中不能利用的且在天然铀中占以上的。在反应堆中，吸收裂变反应释放的快中子后变成，很不稳定，经过衰变后变成，则下列说法正确的是（　　）
A．与的中子数相同
B．比少一个中子
C．该核反应堆输出能量的反应是聚变反应
D．衰变成时经过2次衰变
5．我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于2019年9月29日获颁“共和国勋章”，核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程（其中为释放出的核能）。下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于原子核的衰变
B．核反应方程式中
C．的比结合能
D．核的比结合能小于核的比结合能
6．“共和国勋章”获得者于敏与合作者提出了原子核相干结构模型，填补了中国原子核理论的空白，使中国核武器技术发展迈上了一个新台阶。下列关于原子核裂变和聚变的描述，正确的是（　　）
A．核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量的原子核，并吸收大量能量
B．铀核裂变为两个中等质量的原子核的反应过程中，核子的比结合能减小
C．重水在核反应堆中的作用是使快中子变为慢中子
D．根据ΔE=Δmc2可知，质量相同的核燃料裂变和聚变释放的能量相同
7．铀核裂变链式反应是利用慢中子轰击产生裂变反应，其核反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．m=146，n=36
B．m=146，n=35
C．m=144，n=35
D．m=144，n=36
8．2019年8月我国已经建成了新托卡马克(EAST)装置——中国环流器二号M装置(HL?2M)，为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。关于聚变的说法正确的是（
）
A．核裂变比核聚变更为安全、清洁
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减小
D．HL?2M中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n
9.核电站利用原子核链式反应放出巨大能量进行发电的，23592
U是核电站常用的核燃料。23592
U核受到___________（“中子”、“电子”或“α粒子”）轰击后发生核裂变。要使链式反应发生，铀块的体积应___________（选填“大于”、“等于”或“小于”）临界体积。
10.小明用毛皮摩擦过的橡胶棒与悬挂着的泡沫小球靠近时，它们相互排斥，则该泡沫小球带___________电；小明发现空调和台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，这主要是因为___________（填“长度”或“横截面积”）对导线电阻的影响。“低碳环保”是当今世界的主题，在煤、石油、太阳能中，有可能成为今后理想能源的是___________；现代的核电站都是利用重原子核______________________（填“裂变”或“聚变”）的链式反应来发电的。
参考答案
自主学习
（一）新核
中子
链式
（二）轻核
10-15
m
热核
课堂探究
结论1：质量较小
核能
结论2：
结论3：链式反应
结论4：大小
结论5：最小体积
临界
结论6：链式反应
结论7：核聚变
结论8：磁约束
惯性约束
典题精讲
【例题1】D
【例题2】B
核心素养专练
1.A
2.B
3.D
4.D
5.D
6.C
7.D
8.D
9.中子，大于
10.负；横截面积；太阳能；裂变
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