2012【优化方案】精品课件：物理选修3-5（配粤教）第4章第五节

(共37张PPT)
第五节　裂变和聚变
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第五节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道什么是核裂变和核聚变及它们反应的特点．
2．知道链式反应．
3．能写出聚变方程并计算聚变能量．
4．了解受控热核反应．
重点难点：1.铀核的裂变与链式反应．
2．核聚变．
课前自主学案
一、核裂变与链式反应
1．核裂变：比较重的一个核____成两个较轻的核时，会____能量，这种核反应叫做核裂变．
2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做________．
分裂
释放
链式反应
临界体积
二、受控热核反应
1．核聚变：比较轻的两个轻核____成一个较重的核时，会____能量，这种核反应叫做核聚变．
2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到10－15m，也就是接近到____能够发生作用的范围．物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的动能，能够克服相互间的库仑斥力；在互相碰撞中接近到可以发生____的程度，因此，这种反应又叫做热核反应．
聚合
释放
核力
聚变
人工控制
思考感悟
新中国成立后为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立自主，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作中，终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹和第一颗氢弹，其爆炸的基本原理是什么？
图4－5－1
核心要点突破
特别提醒：除了铀核的二分裂，我国科学家钱三强还发现了铀核的三分裂、四分裂的现象．
3．裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核．复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能．这就叫链式反应．
4．临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀块时碰不到铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(双选)关于铀核的裂变，下列说法正确的是(　　)
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两块
B．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析：选BC.铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，故A错误，B正确．铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238裂变的几率小，故C正确．要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积．故D错误．
2．聚变发生的条件
要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温．
图4－5－2
3．氢弹
氢弹是一种利用轻核聚变反应，在瞬间放出巨大能量的装置，原理如图4－5－2所示．首先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爆炸．
特别提醒：(1)人类目前已经能制造氢弹，氢弹内部相当于还有一颗小原子弹，可见氢弹的威力比原子弹更大．
(2)许多恒星内部都进行着剧烈的热核反应．
4．重核裂变和轻核聚变的对比
反应方式
比较项目　　　 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大约要大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
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.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应放出的能量约和燃烧300 L汽油相当
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站还都是用裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
特别提醒：铁的比结合能最大，也就是核子结合成铁或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大．因此两个比铁轻的原子核结合时，或比铁重的重核分裂时，都要放出能量．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)下列关于聚变的说法中，不正确的是(　　)
A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应
解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．
课堂互动讲练
重核裂变
(单选)关于重核的裂变，下列说法正确的是(　　)
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，但核子数不会减少
D．重核裂变时比结合能减小，要发生质量亏损，释放核能
例1
【精讲精析】　核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释放的核能远远大于中子的动能，A错误；要发生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，B错误；任何的核反应中核子数都不变，C正确；重核的比结合能较小，中等质量的核比结合能最大，裂变时重核分裂为中等质量的核，比结合能变大，产生质量亏损，释放核能，D错误．
【答案】　C
【方法总结】　(1)重核裂变时比结合能增大，产生质量亏损，释放核能，核能转化为其他形式的能．
(2)发生链式反应的条件是V≥V临．
(单选)以下说法正确的是(　　)
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，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度以上高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大能量
核聚变
例2
【精讲精析】　从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物与生成物全然不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应，A错误．既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反，所以B错误．要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，故D正确，C错误．
【答案】　D
【方法总结】　核聚变要使之达到10－15 m，必需克服电荷间强大的斥力，需要很大的动能．
太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳内部每秒参与热核反应的质子数是多少？
(mp＝1.0073 u，mHe＝4.0015 u，me＝0.00055 u,1 u相当于931 MeV能量)
核能的计算
例3
【思路点拨】　求核能的常用方法：
(1)利用质能方程求解．
(2)利用平均结合能求解．
【答案】　(1)见自主解答　(2) 24.8 MeV
(3)3.8×1038个
解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV，
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV，
所以聚变过程释放出的能量
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.
答案：17.6 MeV
知能优化训练
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