《学霸笔记 同步精讲》第5章 原子核 4.核裂变与核聚变 5.“基本”粒子（课件）高中物理人教版选择性必修3

(共30张PPT)
4.核裂变与核聚变
5.“基本”粒子
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道什么是核裂变、链式反应以及裂变反应堆的工作原理。
2.知道核聚变及其特点和条件。
3.了解基本粒子的分类及其作用。
通过学习核裂变、链式反应以及核聚变,形成物理观念,培养科学思维和科学探究精神。
自主预习 新知导学
一、核裂变的发现
1.核裂变:铀核在被 中子 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,弗里施把这类核反应定名为核裂变。
2.铀核裂变:用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多样的,其中一种典型的反应方程是
3.链式反应: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,叫作核裂变的链式反应。
4.链式反应的条件:铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量。
5.原子弹爆炸时发生了什么样的核反应
答案：重核裂变的链式反应。原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的,在极短时间内能够释放大量核能,发生猛烈爆炸。
二、反应堆与核电站
1.核能释放的控制。
通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为 核反应堆 。
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 石墨 、重水 和 普通水 (也叫轻水) 。
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。镉吸收 中子 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 ,链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作 控制棒。
4.能量输出。
核燃料发生核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,用于发电,同时也使反应堆冷却。
5.核污染的处理。
在反应堆的外面需要修建很厚的 水泥层 ,用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核反应堆中的核废料具有很强的 放射性 ,需要装入特制的容器, 深埋地下 。
三、核聚变
1.核聚变:两个 轻核 结合成质量较大的核,这样的核反应叫作核聚变。
2.核反应方程
3.聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须使它们的距离达到 10-15 m以内,这要克服电荷间巨大的库仑斥力。也就是说,原子核要有很大的动能。有一种方法,就是把它们加热到很高的温度,使物质的温度达到几百万开尔文。
四、“基本”粒子
1.发现新粒子:1932年发现了正电子,1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子。利用加速器和对撞机,人们发现了更多的粒子。
2.粒子的分类:现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。
3.“夸克模型”的提出有什么物理意义
答案：夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破,它指出电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀块的质量大于或等于临界质量时,链式反应才能不停地进行下去。
(　　)
(3)核聚变时吸收能量。(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量,比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　)
(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。(　　)
(6)轻核聚变比重核裂变更安全、清洁。(　　)
(7)质子、中子不能再分。(　　)
×
×
×
√
√
√
√
2.(1)重核裂变时释放的能量来源于哪里
(2)裂变反应遵循什么规律
答案：(1)重核裂变时存在质量亏损,会释放出核能。
(2)遵循质量数和电荷数守恒的规律。
3.可控热核反应目前处于探索阶段,科学家们设想了哪些方法解决这个难题
答案：科学家们设想了两种方案,一种是磁约束,另一种是惯性约束。
合作探究 释疑解惑
知识点一
重核裂变和链式反应
【问题引领】
1.重核裂变是一种天然现象吗
2.只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗
提示：1.重核裂变是在中子撞击下发生的裂变现象,不是一种天然现象。
2.铀块体积(质量)应大于或等于临界体积(临界质量)才能发生链式反应。
【归纳提升】
1.裂变核反应方程
2.链式反应发生的条件:
(1)铀块的体积大于临界体积。体积超过临界体积时,保证中子能够碰到铀核。
(2)有足够浓度的铀235。
(3)有足够数量的慢中子。
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。
【典型例题】
【例题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
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,裂变时铀核俘获中子发生核反应,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,选项A错误。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,选项B错误。在裂变反应中核子数是不会减少的,选项C错误。
D
科学思维 重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后质量有亏损,根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量,而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
【变式训练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.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子
C.铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应才能够发生
D.能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析：要使铀核裂变产生链式反应,铀块的体积必须大于临界体积,故A错误。裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中子不能直接引发新的裂变,故B错误。如果铀块的质量大,则其体积大,若超过临界体积则发生链式反应,故D错误,C正确。
C
【问题引领】
知识点二
轻核聚变
为什么实现核聚变要把聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温 目前人们实现的核聚变是什么
提示：轻核的聚变反应是较轻的核子聚合成较重的核子,要使核子的强相互作用发挥作用,必须使核子间的距离达到10-15 m以内;同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大,因而需要核子有很大的动能,表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸,是由普通炸药引爆原子弹,再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应,但这是不可控制的。
【归纳提升】
1.核聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须克服电荷间强大的库仑斥力作用,有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。
2.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继续下去。
(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。
3.聚变方程:
【典型例题】
C
解析：根据核反应方程质量数和核电荷数守恒可知X的电荷数是0,质量数是1,所以X是中子,故A、B错误。由质能方程可知,这个反应释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正确。 只有在极高温度下才能够发生聚变反应,故D错误。
科学思维 (1)核聚变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数和质量数守恒,这是书写核反应方程的重要依据。
(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损,然后代入ΔE=Δmc2进行计算。
【变式训练2】 (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.要使原子核发生聚变反应,必须使原子核之间的距离接近到1×10-15 m,也就是接近到核力能够发生作用的范围内
C.要使原子核发生聚变反应,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
解析：由质能方程可知,选项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,选项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,选项D错误。
AB
课堂小结
随堂练习
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：控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的。故选项C正确。
C
B
解析：核聚变反应中产生新的原子核,同时由于发生了质量亏损,会有核能的释放,B正确,A、C错误。目前核电站大多采用重核裂变的方法来利用核能发电,D错误。
ABC
3.(基本粒子)(多选)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是(　　)
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.粒子分为强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子四类
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
解析:反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,选项A正确;粒子分为强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子四类,选项B正确;质子属于强子,光子属于规范玻色子,选项C正确,D错误。
C