高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变精品练习题

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【学习目标】
物理观念∶知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量。
科学思维∶能够分清楚裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的。
科学探究：通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理学常用的方法一—推理法。
科学态度与责任∶通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情。
【学习重难点】
重点：核裂变、核聚变。
难点：核裂变。
【知识回顾】
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?
20世纪30年代，物理学家的一个重大发现改变了人类历史。原子核在"分裂或聚合"时，会释放出惊人的能量。
【自主预习】
一 、核裂变的发现
1．核裂变：重核在被中子轰击后分裂成两个质量差不多的 ，并放出 的过程。
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多样的，一种典型的核反应是eq \\al(235,92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144,56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋ n。
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．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。
二 反应堆与核电站
利用核能发电，它的核心设施是 ，其主要由以下几部分组成：
(1)燃料： 。
(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用 、 或 (也叫轻水)作慢化剂。
(3)控制棒：利用镉吸收 能力很强的特性，在反应堆中采用插入镉棒的方法控制链式反应的速度。
(4)热交换器： 等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传输出去，同时也使反应堆冷却。
(5)在反应堆的外面需要修建很厚的 ；核废料需装入特制的容器， 地下。
三 核聚变
1．定义：两个轻核结合成质量 的核的核反应。轻核聚变反应必须在 下进行，因此又叫热核反应。
2．核反应举例：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→ ＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV。
3．实例分析
(1)宇宙天体：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。
(2)核武器： 。首先由化学炸药引爆 ，再由 爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
4．核聚变与核裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能 。
(2)地球上核聚变燃料的储量 。
(3)轻核聚变更为 。
5．实现可控核聚变的方案： 和 。
2．想一想
(1)铀核裂变是天然放射现象吗？
(2)中子的速度越快越容易发生铀核裂变吗？
(3)核反应堆中控制棒如何起到控制核反应速度的作用？
(4)受控热核反应不容易实现的主要原因是什么？
(5)氢弹爆炸的威力相比原子弹爆炸的威力哪一个大？为什么？
INCLUDEPICTURE"课堂探究评价.TIF"【课堂探究】
【新课导入】
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？
提示：核裂变与核聚变
【新课教学】
一、 核裂变
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：如图甲所示，1938年，德国物理学家哈恩用中子轰击铀核，产生了钡和氪，与前面学过的α衰变、一般原子核的人工转变相比，该核反应生成的核的质量有什么特点？
活动2：奥地利物理学家弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把如图甲所示的这类核反应称为核裂变。如图甲所示的核裂变除了产生两个新核，还产生了什么？
活动3：如图甲所示的核裂变，除了产生两个新核，放出的这些粒子会再次轰击其他铀核发生裂变，接下来会发生什么现象？
活动4：活动3的现象称为核裂变的链式反应，如图乙所示。实际上原子核的体积非常小，原子内部空隙很大。如果铀块不够大，会发生什么？
活动5：通常把核裂变物质能发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积。链式反应可以持续释放核能，人们据此制造了核反应堆，如图丙所示。为什么要用慢化剂(如石墨)减慢中子的速度？
活动6：核反应堆为什么要插入镉棒吸收一些中子？
活动7：如图丁所示是利用核反应堆发电的核电站，试说说它的原理。
小试牛刀
【例题】 (多选)关于重核裂变的说法正确的是( )
A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D.裂变过程中释放能量，质量亏损
【例题】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.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
二、核聚变
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：两个轻核结合成质量较大的核，也会释放核能，叫作核聚变。两个轻核要发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，参考图甲分析：两个轻核聚变的困难是什么？
活动2：要使原子核互相靠近，需要使它们具有很大的动能“撞”在一起。根据热力学知识，温度高时原子核的平均动能大。有什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？
活动3：如图乙所示，热核反应(即核聚变)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。目前人工产生的核聚变主要应用在核武器上。核聚变需要的温度很高，但是地球上没有容器可以承受这种高温。为了实现可控的人工核聚变，有哪些解决方案？
问题 (1)核聚变遵循什么规律？
问题(2)核聚变过程中核的结合能如何变化？
【自我测评】
(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。( )
(2)中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。( )
(3)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。( )
(4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( )
(5)核反应堆用过的核废料无毒无害。( )
【例题】(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是( )
A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分
B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量
C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应
【例题】核反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，分别是( )
A．核燃料、慢化剂、碰撞系统、传热系统
B．核燃料、慢化剂、发热系统、传热系统
C．核燃料、慢化剂、冷却系统、控制调节系统
D．核燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统
【例题】（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
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？