人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变集体备课课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变集体备课课件ppt，共53页。PPT课件主要包含了提示核裂变反应，核裂变，链式反应，临界体积，临界质量，核反应堆，普通水，控制棒，循环流动，水泥层等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　任务1．了解核裂变反应及链式反应的条件。任务2．知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程。任务3．了解核聚变反应及条件。关注受控核聚变反应研究的进展。[问题初探]　问题1．铀核裂变是一种天然放射现象吗？问题2．核裂变的过程是怎样的？问题3．链式反应开始后为何能自发进行？问题4．核聚变为什么需要几百万开尔文的高温？
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于约2万吨TNT炸药。你知道巨大的核能是从哪里来的吗？
知识点一　核裂变的发现
4．链式反应的条件发生核裂变物质的体积大于或等于________或核裂变物质的质量大于或等于________。
[微提醒]　重核裂变需要人工控制，在自然界不会自发产生，这也是与核衰变的区别之一。核裂变反应要实事求是，不能仅凭核反应前后质量数守恒和电荷数守恒杜撰核裂变反应。
如图所示为核裂变示意图。
问题1．重核裂变是如何发生的？问题2．只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？问题3．铀核裂变在自然界中能自发进行吗？
提示：1．当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，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，核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变。这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应。2．铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。3．重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生。
1．铀核的裂变和裂变方程(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2个或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
3．铀核裂变释放核能的计算(1)首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm。(2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能。(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块完全裂变释放的核能E＝nΔE。
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________。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____、____和______(也叫轻水)。
知识点二　反应堆与核电站
3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收____的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入__一些，多吸收一些____，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作______。4．能量输出核燃料____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________，把反应堆内的____传输出去，用于____。
5．核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的______，用来屏蔽__________放出的各种射线，核反应堆中的核废料具有很强的______，需要装入特制的容器，深埋地下。
核电站的工作流程水被压入反应堆，通过核反应放出的热使水温升高，生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转，使发电机正常工作。
问题1．核电站的核心设施是什么？问题2．核电站是如何实现能量的转化与转移的？
提示：1．核电站的核心设施是核反应堆。2．通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来，推动汽轮机工作。
1．核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆，它的主要部件列表如下：
2．反应堆的工作原理核反应释放的能量通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。
思路点拨：根据电荷数守恒、质量数守恒可确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；求出一个铀核反应发生的质量亏损，从而求出1 kg铀235完全裂变时放出的能量。
[答案]　(1)40　90　(2)8.12×1013 J
【教用·备选例题】　某反应堆功率是P＝1×104 kW，用的核燃料是含5%铀235的浓缩铀，已知每个铀核裂变时释放的能量为200 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 ml-1，1 eV＝1.6×10-19 J，则这个反应堆一昼夜要消耗多少克核燃料(结果保留四位有效数字)?
E1＝E2联立解得m≈10.54 g则这个反应堆一昼夜要消耗核燃料的质量m消耗＝20m＝10.54 g×20＝210.8 g。
[答案]　210.8 g
【典例4】　(对核反应堆的理解)如图所示是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是(　　)A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238B．石墨起到吸收中子的作用C．镉棒起到使快中子减速的作用D．水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放射性危害
D　[核反应堆采用的核燃料为铀235，故A错误；石墨的作用是使快中子减速，故B错误；镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，故C错误；水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放射性危害，故D正确。]
[链接教材]　阅读教材P123“思考与讨论”，思考实现热核反应存在的困难是什么？
提示：实现热核反应存在的困难是地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。
1．核聚变两个轻核结合成________的核的反应。2．条件(1)轻核的距离要达到_______以内。(2)聚变可以通过____(几百万开尔文)来实现，因此又叫热核反应。3．核反应举例(1)目前，热核反应主要应用在核武器上，如____。(2)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__________。
4．核聚变与核裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能效率__。(2)地球上核聚变燃料的储量____。(3)轻核聚变更为__________。5．实现核聚变的方法(1)难点：地球上没有任何容器能够经受核聚变需要的高温。(2)方案：科学家设想了两种方案，即______和________。
如图所示为轻核聚变示意图。
问题1．若要发生核聚变，对原子核间的距离有什么要求？问题2．核聚变为何又叫热核反应？
提示：1．原子核间的距离达到10-15 m以内。2．核聚变需要在几百万开尔文的高温下才能进行，因此核聚变又叫热核反应。
3．核聚变的特点(1)从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。(2)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出的能量多。(3)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它提供能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(4)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。
4．重核裂变与轻核聚变的比较
(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氢核聚变产生的氦的含量。(结果保留一位有效数字)(3)根据估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。(可能用到的数据：银河系质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10-27 kg，1 u相当于1.5×10-10 J的能量，电子质量m＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子ν的质量为零。)
应用迁移·随堂评估自测
AC　[放射性元素的原子核自发地放出某种粒子后变成新的原子核的变化叫衰变。轻核结合成质量较大的核的过程叫核聚变。一个重核分裂成两个中等质量的核的反应过程叫核裂变。根据以上规律，B选项是核聚变，D选项是核裂变。A、C正确。]
B　[根据核反应过程中满足质量数守恒和电荷数守恒知，设X的质量数为A，电荷数为Z，则有235＋A＝144＋89＋3A，92＋Z＝56＋36＋3Z，解得A＝1，Z＝0，可知X为中子，中子是查德威克用α粒子轰击铍发现的，故选项B正确。]
回归本节知识，完成以下问题：1．链式反应的条件是什么？
提示：裂变物质的体积大于等于临界体积或质量大于等于临界质量，慢中子轰击。
2．核反应堆中的镉棒有什么作用？
提示：吸收中子，控制反应速度。