教科版物理选修3-5第三节 第5、6节 核裂变 核聚变（共45张PPT）
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| 名称 | 教科版物理选修3-5第三节 第5、6节 核裂变 核聚变（共45张PPT） |  | |
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| 文件大小 | 10.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-06 21:50:04 | ||
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(共45张PPT)
第5、6节 核裂变 核聚变
宝应县教育局教研室
1.核裂变
1938年
不稳定
哈恩
核力
中等质量
人们把重核分裂成几个中等质量的原子核的现象叫做核裂变
？
质量数
核电荷数
守恒
二分裂
三分裂
四分裂......
铀核裂变
产物多样
低
概率
二分裂的
千分之三
低
二分裂的
万分之三
1947年我国著名物理学家
钱三强、何泽慧夫妇首先观察到中子轰击铀核的三分裂现象
算一算：一个铀核裂变释放出的能量
m=0.2153u
在下面铀核裂变反应中，质量亏损为 ，那么：
（1）一个铀核裂变释放的能量为多少？
大？小？
(2)计算1kg铀完全裂变释放出的能量，相当于质量为多少的标准煤（热值为2.94×107J/kg）完全燃烧时放出的热量？
在计算核裂变释放的核能时，主要注意以下两个方面：
(1)根据爱因斯坦质能方程，确定反应前、后原子核的质量亏损，然后由ΔE＝Δmc2计算；
(2)由于1原子质量单位相当于931.5 MeV的能量，即1 u＝931.5 MeV，将质量亏损换算为原子质量单位Δm′，则ΔE＝Δm′×931.5 MeV。
特别提醒：
分析：1kg铀中含有的铀核数为：
（个）
相当于标准煤的质量为：
1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温．
能量巨大！
1Kg铀完全裂变释放的能量为：
2.链式反应
这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
中子数
裂变反应强度
链式反应需要条件吗？
因为原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，只有当铀块足够大时，裂变的中子才有足够的概率打到某个铀核，使链式反应继续进行下去。
临界体积：裂变物质能够发生链式反应的最小体积
相应的质量
临界质量
小试身手：
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 .重核裂变时释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小
D .由于重核的核子的平均质量大于中等质量的原子核的核子的平均质量,所以重核裂变为中等质量的原子核时,要发生质量亏损,放出核能
D
例题2.下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
发现中子的人工核转变
重核裂变
B
请思考：四个选项各自表示什么类型的核反应？
2.98×10-11
质量数
核电荷数
守恒
大亚湾核电站
3.核电站―将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂
核反应堆——人工控制链式反应的装置
铀棒
（浓缩铀）
核燃料
镉棒
（控制棒）
铀棒
反应速率
吸收中子，控制反应速率
减速剂
石墨 重水 轻水
水泥
防护层
降低中子速度，
便于铀235吸收
屏蔽射线防止放射性污染
核电站―将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂
核电站示意图：
热交换器
比较：核电站和火电站
一年30吨浓缩铀
一年250万吨优质煤
污染小
作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
法国 80%
立陶宛 73.1%
比利时 57.7%
保加利亚 47.1%
斯洛伐克 47%
瑞典 46.8%
乌克兰 43.8%
韩国 42.8%
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
世界核能发电占全部电量1/4
中
国
核
电
站
分
布
图
核反应堆另一应用——核潜艇
续航能力强
能量大，动力足
（巩固小练）如图所示是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，
变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
B
核能的危害——核废料具有高放射性
前苏联切尔诺贝利事故
英国温茨凯尔事故
美国三里岛事故
日本福岛核电站事故
前苏联切尔诺贝利核电站事故
1986年4月26日，前苏联建切尔诺贝利核电站第四号反应堆大起火，并发生化学爆炸（并非核爆炸）。爆炸释放量相当于堆内约3%～4%的核燃料。
事故当时有2人被炸死，1人死于心脏病，救火中有29人受辐射损伤，其中28人因患急性放射性病致死。事故后周围30公里范围内撤离了21万居民。
事实上，这是一次严重的人为责任事故，当时研究人员在做一次安全实验，切断了反应堆所有的安全措施，却又启动了反应堆，这个实验方案严重违反了安全规程，这是事故的人为原因。
事故的另一原因是前苏联开发的这种石墨水冷堆具有较大的技术缺陷。
此外，切尔诺贝利核电站没有绝大多数核电站具有的安全壳。
原子弹
小男孩
胖子
美国原子弹“小男孩”突袭广岛；“胖子”突袭长崎造成了巨大的毁伤；
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%；
长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；
在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多。
1964年10月16日，中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功；
核防护
核防护大致可分为两大类：
（１）核爆炸瞬时效应防护。
①利用工事进行掩蔽
②在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。
（２）放射性沾染防护。
①避开在沾染区或高照射量率的地区行动
②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染
③人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间
④进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留
科普常识
呵护健康，远离你身边的放射源
4.核聚变
把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变
1.核聚变与核裂变相比有哪些优越性？
2.产生核聚变反应需要哪些条件？
3. 氢弹是怎样爆炸的？
4.可控核聚变反应研究的进展？
5.了解恒星演化中核反应。
阅读课本（56-60页），思考以下问题：
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
氘核的质量：mD＝2.014102u
氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mɑ＝4.002603u
中子的质量：mn=1.008665u
再来算一算：
核裂变：一个重核 两个中等质量的核
核聚变：两个轻核 一个质量较大的核
？
分别计算核裂变、核聚变反应中平均每个核子释放的能量为多少？
核裂变反应中平均每个核子释放的能量大约是0.85MeV
核聚变反应中平均每个核子释放的能量大约是3.52MeV
核聚变
释放能量更多
m
核力
库仑斥力
核燃料更丰富
更环保更安全
很大动能
加热！
热核反应
T=
用加速器加速原子核？
不可行
几百万摄氏度！
发生核聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
把原子核加热到很高的温度
实现方法
目前核聚变的主要应用:
氢弹！
1967年6月17日，中国又成功地进行了首次氢弹试验。
氢弹是怎样爆炸的？
弹体
引爆装置
小型原子弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀235
外壳
普通炸药
不可控！
核聚变的利用——氢弹
核武器的一种，是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘（D）、氚（T）等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应（热核反应）瞬时释放出巨大能量的核武器，又称聚变弹 、热核弹、热核武器。
氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素，其战术技术性能比原子弹更好，用途也更广泛，其爆炸达到的温度约为3.5亿度，远远高于太阳中心温度（约1500万度）。
科普常识
（巩固小练） 以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变反应释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
D
不互逆
目前平稳缓慢使用聚变核能的困难
解决办法：磁约束
地球上没有任何容器能够经受核聚变的高温
阅读书本58页，了解可控核聚变反应研究的进展
托卡马克热核反应的研究领先于其他途径
“东方超环”（EAST）
阅读书本59页，了解恒星演化中的核反应
猎户座马头星云
恒星的摇篮——星云
引力坍缩——由于物质间相互吸引而聚到一起的现象
恒星产生
壮年期的恒星，我们的太阳
红巨星产生
当内部氦核被点燃后的恒星的爆发
对于小质量的恒星，抛射质量后，如果剩下的燃料无法点燃，而核的质量小于1．44个太阳质量（钱德拉塞卡极限），这颗恒星便可能演化成为白矮星。由于引力十分巨大，核外电子被紧密压缩，密布在原子核周围，依靠电子间的斥力抵抗引力, 处于一种超密状态，其中一个火柴盒大小的物质，如果能拿到地球上来, 就重达1吨左右。
人马座钻石星，这块钻石直径是4000公里，质量2千亿亿亿吨。
太阳在几十亿年后，也将变成类似的钻石。
恒星的死亡（一）——白矮星
对于大质量的恒星，由于引力巨大，氢烧完后，引力导致的坍缩会十分猛烈，这时，大量的能量瞬间爆发出来，恒星的亮度瞬间爆增上千万倍，乃至上百亿倍，这就是超新星爆发。一颗超新星在爆发时输出的能量可高达1043焦，这几乎相当于我们的太阳在100亿年时间里输出能量的总和。超新星爆发时，抛射物质的速度可达107m/s，超新星并不是新的星，而是恒星死亡的绽放。
金牛座蟹状星云是1054年爆发超新星的遗骸
大麦哲伦星云1987A超新星
瞬间的绚烂（二） ——超新星爆发
太阳的形成：
由引力形成的巨大中心因压缩而 ，直至中心达到百万摄氏度以上的高温。高温使原子相互之间剧烈地碰撞而失去 ，留下的裸核仍会发生猛烈撞击而粘在一起发生核聚变。核聚变又产生大量的热，由于热辐射产生向外的推力使得星体不再进一步坍缩而达到一种平衡，成为一颗自我维持、长期稳定的恒星。
变热
电子
小试身手：
例题4.关于热核反应，下列说法正确的是（ ）
A.只要有足量的氘核和氚核混合，就可以发生热核反应
B.热核反应中平均每个核子放出能量比链式反应多
C.地球内部持续进行着热核反应
D.热核反应需要几百万度的高温
BD
中等质量
链式反应
临界体积
临界质量
核反应堆
减速剂
石墨
重水
中子
深
中子
控制棒
聚变反应
核聚变
静电斥力
10-15m
总结一下
核裂变
核聚变
质量亏损，释放能量
原子弹
核电站
氢 弹
链式反应
核反应堆
可控
谢谢聆听！
第5、6节 核裂变 核聚变
宝应县教育局教研室
1.核裂变
1938年
不稳定
哈恩
核力
中等质量
人们把重核分裂成几个中等质量的原子核的现象叫做核裂变
？
质量数
核电荷数
守恒
二分裂
三分裂
四分裂......
铀核裂变
产物多样
低
概率
二分裂的
千分之三
低
二分裂的
万分之三
1947年我国著名物理学家
钱三强、何泽慧夫妇首先观察到中子轰击铀核的三分裂现象
算一算：一个铀核裂变释放出的能量
m=0.2153u
在下面铀核裂变反应中，质量亏损为 ，那么：
（1）一个铀核裂变释放的能量为多少？
大？小？
(2)计算1kg铀完全裂变释放出的能量，相当于质量为多少的标准煤（热值为2.94×107J/kg）完全燃烧时放出的热量？
在计算核裂变释放的核能时，主要注意以下两个方面：
(1)根据爱因斯坦质能方程，确定反应前、后原子核的质量亏损，然后由ΔE＝Δmc2计算；
(2)由于1原子质量单位相当于931.5 MeV的能量，即1 u＝931.5 MeV，将质量亏损换算为原子质量单位Δm′，则ΔE＝Δm′×931.5 MeV。
特别提醒：
分析：1kg铀中含有的铀核数为：
（个）
相当于标准煤的质量为：
1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温．
能量巨大！
1Kg铀完全裂变释放的能量为：
2.链式反应
这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
中子数
裂变反应强度
链式反应需要条件吗？
因为原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，只有当铀块足够大时，裂变的中子才有足够的概率打到某个铀核，使链式反应继续进行下去。
临界体积：裂变物质能够发生链式反应的最小体积
相应的质量
临界质量
小试身手：
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 .重核裂变时释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小
D .由于重核的核子的平均质量大于中等质量的原子核的核子的平均质量,所以重核裂变为中等质量的原子核时,要发生质量亏损,放出核能
D
例题2.下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
发现中子的人工核转变
重核裂变
B
请思考：四个选项各自表示什么类型的核反应？
2.98×10-11
质量数
核电荷数
守恒
大亚湾核电站
3.核电站―将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂
核反应堆——人工控制链式反应的装置
铀棒
（浓缩铀）
核燃料
镉棒
（控制棒）
铀棒
反应速率
吸收中子，控制反应速率
减速剂
石墨 重水 轻水
水泥
防护层
降低中子速度，
便于铀235吸收
屏蔽射线防止放射性污染
核电站―将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂
核电站示意图：
热交换器
比较：核电站和火电站
一年30吨浓缩铀
一年250万吨优质煤
污染小
作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
法国 80%
立陶宛 73.1%
比利时 57.7%
保加利亚 47.1%
斯洛伐克 47%
瑞典 46.8%
乌克兰 43.8%
韩国 42.8%
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
世界核能发电占全部电量1/4
中
国
核
电
站
分
布
图
核反应堆另一应用——核潜艇
续航能力强
能量大，动力足
（巩固小练）如图所示是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，
变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
B
核能的危害——核废料具有高放射性
前苏联切尔诺贝利事故
英国温茨凯尔事故
美国三里岛事故
日本福岛核电站事故
前苏联切尔诺贝利核电站事故
1986年4月26日，前苏联建切尔诺贝利核电站第四号反应堆大起火，并发生化学爆炸（并非核爆炸）。爆炸释放量相当于堆内约3%～4%的核燃料。
事故当时有2人被炸死，1人死于心脏病，救火中有29人受辐射损伤，其中28人因患急性放射性病致死。事故后周围30公里范围内撤离了21万居民。
事实上，这是一次严重的人为责任事故，当时研究人员在做一次安全实验，切断了反应堆所有的安全措施，却又启动了反应堆，这个实验方案严重违反了安全规程，这是事故的人为原因。
事故的另一原因是前苏联开发的这种石墨水冷堆具有较大的技术缺陷。
此外，切尔诺贝利核电站没有绝大多数核电站具有的安全壳。
原子弹
小男孩
胖子
美国原子弹“小男孩”突袭广岛；“胖子”突袭长崎造成了巨大的毁伤；
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%；
长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；
在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多。
1964年10月16日，中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功；
核防护
核防护大致可分为两大类：
（１）核爆炸瞬时效应防护。
①利用工事进行掩蔽
②在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。
（２）放射性沾染防护。
①避开在沾染区或高照射量率的地区行动
②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染
③人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间
④进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留
科普常识
呵护健康，远离你身边的放射源
4.核聚变
把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变
1.核聚变与核裂变相比有哪些优越性？
2.产生核聚变反应需要哪些条件？
3. 氢弹是怎样爆炸的？
4.可控核聚变反应研究的进展？
5.了解恒星演化中核反应。
阅读课本（56-60页），思考以下问题：
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
氘核的质量：mD＝2.014102u
氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mɑ＝4.002603u
中子的质量：mn=1.008665u
再来算一算：
核裂变：一个重核 两个中等质量的核
核聚变：两个轻核 一个质量较大的核
？
分别计算核裂变、核聚变反应中平均每个核子释放的能量为多少？
核裂变反应中平均每个核子释放的能量大约是0.85MeV
核聚变反应中平均每个核子释放的能量大约是3.52MeV
核聚变
释放能量更多
m
核力
库仑斥力
核燃料更丰富
更环保更安全
很大动能
加热！
热核反应
T=
用加速器加速原子核？
不可行
几百万摄氏度！
发生核聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
把原子核加热到很高的温度
实现方法
目前核聚变的主要应用:
氢弹！
1967年6月17日，中国又成功地进行了首次氢弹试验。
氢弹是怎样爆炸的？
弹体
引爆装置
小型原子弹
三种炸药：
普通炸药
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀235
外壳
普通炸药
不可控！
核聚变的利用——氢弹
核武器的一种，是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘（D）、氚（T）等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应（热核反应）瞬时释放出巨大能量的核武器，又称聚变弹 、热核弹、热核武器。
氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素，其战术技术性能比原子弹更好，用途也更广泛，其爆炸达到的温度约为3.5亿度，远远高于太阳中心温度（约1500万度）。
科普常识
（巩固小练） 以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变反应释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
D
不互逆
目前平稳缓慢使用聚变核能的困难
解决办法：磁约束
地球上没有任何容器能够经受核聚变的高温
阅读书本58页，了解可控核聚变反应研究的进展
托卡马克热核反应的研究领先于其他途径
“东方超环”（EAST）
阅读书本59页，了解恒星演化中的核反应
猎户座马头星云
恒星的摇篮——星云
引力坍缩——由于物质间相互吸引而聚到一起的现象
恒星产生
壮年期的恒星，我们的太阳
红巨星产生
当内部氦核被点燃后的恒星的爆发
对于小质量的恒星，抛射质量后，如果剩下的燃料无法点燃，而核的质量小于1．44个太阳质量（钱德拉塞卡极限），这颗恒星便可能演化成为白矮星。由于引力十分巨大，核外电子被紧密压缩，密布在原子核周围，依靠电子间的斥力抵抗引力, 处于一种超密状态，其中一个火柴盒大小的物质，如果能拿到地球上来, 就重达1吨左右。
人马座钻石星，这块钻石直径是4000公里，质量2千亿亿亿吨。
太阳在几十亿年后，也将变成类似的钻石。
恒星的死亡（一）——白矮星
对于大质量的恒星，由于引力巨大，氢烧完后，引力导致的坍缩会十分猛烈，这时，大量的能量瞬间爆发出来，恒星的亮度瞬间爆增上千万倍，乃至上百亿倍，这就是超新星爆发。一颗超新星在爆发时输出的能量可高达1043焦，这几乎相当于我们的太阳在100亿年时间里输出能量的总和。超新星爆发时，抛射物质的速度可达107m/s，超新星并不是新的星，而是恒星死亡的绽放。
金牛座蟹状星云是1054年爆发超新星的遗骸
大麦哲伦星云1987A超新星
瞬间的绚烂（二） ——超新星爆发
太阳的形成：
由引力形成的巨大中心因压缩而 ，直至中心达到百万摄氏度以上的高温。高温使原子相互之间剧烈地碰撞而失去 ，留下的裸核仍会发生猛烈撞击而粘在一起发生核聚变。核聚变又产生大量的热，由于热辐射产生向外的推力使得星体不再进一步坍缩而达到一种平衡，成为一颗自我维持、长期稳定的恒星。
变热
电子
小试身手：
例题4.关于热核反应，下列说法正确的是（ ）
A.只要有足量的氘核和氚核混合，就可以发生热核反应
B.热核反应中平均每个核子放出能量比链式反应多
C.地球内部持续进行着热核反应
D.热核反应需要几百万度的高温
BD
中等质量
链式反应
临界体积
临界质量
核反应堆
减速剂
石墨
重水
中子
深
中子
控制棒
聚变反应
核聚变
静电斥力
10-15m
总结一下
核裂变
核聚变
质量亏损，释放能量
原子弹
核电站
氢 弹
链式反应
核反应堆
可控
谢谢聆听！