【新教材】高中物理选择性必修三--5.4核裂变与核聚变 同步精选课件（17页ppt）

(共17张PPT)
第
节
4
核裂变与核聚变
高中物理 选择性必修第三册
第五章
学习目标
1.了解核裂变反应及链式反应的条件。
2.知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程。
3.了解核聚变反应及条件。关注受控核聚变反应研究的进度。
4.了解两类核能应用的利弊，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
引入
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？
物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变．
1.核裂变
一、核裂变
2、铀核的裂变
（1）发现
1938年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。
（2）裂变产物
多种多样
+
→
+
+
+
→
+
+
3.重核的裂变和裂变方程——以 U为例说明
（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）链式反应
当中子进入U235,使其分裂成几块，同时释放出2~3个中子，这些中子又引起其它铀核的裂变，这样裂变就会不断的进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应.
① 定义：
核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。
② 必要条件：
1.核电站：
利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，组成：
由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料。
①铀棒：
石墨(或重水)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。
②石墨(或重水)：
屏蔽射线，防止放射性污染。
④水泥防护层：
主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。
③镉棒：
二 反应堆与核电站
2.核电站优点：
①消耗的核燃料少
②污染小
一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30吨左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨。核电站对环境的污染比火电站小。
三 核聚变
1.核聚变：
例如：
轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变.
思考与讨论：要使氢核发生聚变，必须使原子核间的距离达到 10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们靠近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量的原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？
方法:
①用加速器加速原子核
②原子核加热到很高的温度108～109K
5．实现可控核聚变的方案：磁约束和惯性约束。
4．核聚变与核裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能效率高；
(2)地球上核聚变燃料的储量丰富；
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
2.发生条件：
原子核间距离在10-15m范围内,需要高温几百万度，所以聚变又叫热核反应.
3．实例分析
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。
氢弹，由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(1)宇宙天体：
(2)核武器：
本课小结
一.核裂变
定义
铀裂变方程
链式反应
裂变应用
二.核聚变
链式反应快：原子弹
链式反应慢：核电站
定义
聚变方程
聚变条件
与裂变比较
当堂检测
1. ［多选］关于铀核裂变，下列说法正确的是（　　）
A.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B.铀核裂变时还能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
BC
【解析】　A错，B对：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，放出2~3个中子，裂变的产物不唯一，只是裂变成两块的情况多，也有分裂成多块的情况。
C对：铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。
D错：要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。
2.［多选］用中子轰击原子核，发生一种可能裂变方程为，则以下说法中正确的是（　　）
A.X原子核中含有84个中子
B.X原子核的结合能比原子核的结合能大
C.X原子核中核子的平均质量比原子核中核子的平均质量小
D.X原子核中核子的比结合能比原子核中核子的比结合能大
解析：A错：X原子核中含有质子数：92-38=54，中子数：235+1-94-2-54=86。
B错：裂变的过程中释放能量，则的结合能大于X原子核与原子核的结合能的和。
C对：因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少，核子的平均质量减少。
D对：裂变的过程中释放能量，则的比结合能小于X原子核的比结合能。
CD
3.［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】A对：铀棒是核燃料，裂变时放出能量。
B对：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，即控制反应堆的功率。
C错：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。
D对：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。
ABD
4.［多选］关于核聚变，下列说法正确的是 （　　）
A.两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才放出能量
B.同样质量的轻核发生聚变时放出的能量比同样质量的重核裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
【解析】A错：两个轻核聚变为较大质量的原子核时可释放能量，但不一定是中等质量的原子核。
B对：轻核聚变放出的能量比同样质量的重核裂变释放的能量大得多。
C错，D对：裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功。
BD
5.现有三个核反应方程：
①；②；③。
下列说法正确的是（　　）
A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变
【解析】裂变是重核变为质量较小的核，②是裂变；衰变有α衰变和β衰变，α衰变的结果是释放氦核，β衰变的结果是释放电子，①是β衰变；聚变是质量较小的核结合成质量较大的核，③是聚变，故C正确。
C
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