粤教版高中物理选择性必修第三册·第五章原子与原子核 第5节裂变与聚变（课件PPT）

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第节 4裂变与聚变高中物理 选择性必修第三册第五章学习目标知道重核裂变和轻核聚变，发展物质观念和能量观念 。了解链式反应，体会用物理模型分析问题。了解可控热核聚变反应，加深对“能量守恒但能源有限”的理解。了解核技术应用对人类生活和社会发展的影响，思考科学技术与社会的关系。了解人类探索粒子的历程，知道探索历程中的重要史实和发现，感受科学家的责任担当。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？1．核裂变：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。1938年，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变.1）发现：2）裂变产物：多种多样2. 铀核的裂变一.核裂变与链式反应 3）铀核的典型裂变方程4）核裂变种类 二分裂质量数守恒电荷数守恒三分裂四分裂…概率 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。  1947年在实验中发现铀核也可能分裂成三部分和四部分。上世纪五十年代领导建成中国第一个重水型原子反应堆和第一台回旋加速器。又组织联合攻关，为第一颗原子弹和氢弹的研制成功作出了重要贡献。中国原子能科学之父钱三强5）核裂变中的能量变化求：1个U235发生裂变释放的能量？   1）定义：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这样的核反应叫链式反应 2）必要条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积3.链式反应1.核聚变：2）发生条件：例如：原子核间距离接近10-15m范围内,需要几百万摄氏度的高温，所以聚变又叫热核反应.1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变.3）实例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：二.核聚变及受控热核反应实现可控核聚变的两种方案： 磁约束和惯性约束。2．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。3．受控热核反应 4.核聚变的能量 氘核的质量：mD＝2.01410u氚核的质量：mT＝3.01605u氦核的质量：mα＝4.00260u中子的质量：mn=1.00867u求：1个氘核一个氚核发生裂聚释放的能量？  1个U235发生裂变释放的能量200.55MeV能量，1个氘核和一个氚核聚变放出17.59MeV能量，哪个反应放出的多？ 哪个反应单个核子放出的能量多？ 5.核聚变的前景与挑战 1）产能效率高；2）燃料储量丰富；3）产物安全、清洁。1）克服强大的库仑力；2）反应温度太高，无容器可以承受。三.核能利用1.核电站：1）核电站工作流程 核电站是利用原子核裂变反应释放出能量，经能量转化而发电的。2）核反应堆：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。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：②石墨(或重水)：3）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。大亚湾核电站2.核动力潜艇，破冰船和核动力航母 例题：2017年5月25日，“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5号机组顺利完成穹顶吊装，工程正式由土建阶段进入安装阶段。在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能，核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核铀发生裂变反应，释放出大量核能。已知一个 核裂变时能释放200 MeV的能量，燃烧1kg 煤所放出的能量为2.94×107 J .请从数量级上感受铀完全裂变释放的能量与燃烧煤释放的能量的差异。 分析：可以分别选取1kg的 和煤，比较1kg 完全裂变和1kg煤完全燃烧所释放的能量。 解：1kg 含有的原子数目 而200MeV相当于 ，则1kg铀完全裂变释放能量 所释放的能量相当于完全燃烧的煤的质量如果 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。裂变和聚变核裂变与链式反应核聚变及受控热核反应核能的利用核电站原子弹氢弹核电站核动力潜艇，航母等本课小结当堂检测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235D.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。  CD3.［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。ABD4.［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 【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谢 谢！