人教版 (2019)选择性必修 第三册核裂变与核聚变教案配套ppt课件

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1.了解核裂变反应及链式反应的条件,并能计算裂变释放的核能。 2.知道裂变反应堆的工作原理及其类型,知道如何控制核反应的速度以及核电站的工作流程。 3.了解核聚变反应及条件,会计算核聚变中释放的核能。4.了解可控热核反应及其研究和发展。
知识点二　反应堆与核电站
知识点一　核裂变的发现
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1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化,在半径400 m的范围内,沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质,半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。你知道巨大的核能是从哪里来的吗?
1.核裂变:铀核在被______轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,这类核反应定名为核裂变。2.铀核的裂变(1)铀核受激发:当中子进入铀235后,使核处于激发状态,由于核子的激烈运动,使核变成不规则的形状。(2)铀核分裂: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2~3个中子。
3.链式反应(1)定义:由重核裂变产生的中子使核裂变反应____________继续下去的过程,叫作核裂变的链式反应。(2)临界体积和临界质量:把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积,相应的质量叫作临界质量。(3)条件①有足够数量的慢中子轰击。②铀块的体积大于临界体积,或铀块的质量大于临界质量。
4.核裂变的能量:重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损,所以______能量。如果一个铀235核裂变时释放的能量按200 MeV估算,1 kg铀235全部发生核裂变时放出的能量就相当于_______标准煤完全燃烧时释放的化学能。 
【思考】如图所示为核裂变示意图。(1)重核裂变是一种天然现象吗?(2)只要有中子轰击铀块就可以发生链式反应吗?
提示　(1)重核裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反应中,所以重核裂变不是一种天然现象。(2)不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于等于临界体积,才会发生链式反应。
角度1　对核裂变的理解例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.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减少D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能
解析　核裂变过程是核能转化为其他形式能的过程,释放的能量远大于俘获中子时得到的能量,A错误;发生链式反应是有条件的,铀块的体积必须大于其临界体积,否则中子从铀块中穿过时,可能碰不到原子核,则不会发生链式反应,B错误;重核裂变时,核子数不变,C错误;由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量且核子数不变,则重核裂变时,有质量亏损,放出核能,D正确。
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核,使之分裂成中等质量的原子核,同时释放大量的能量,放出更多的中子的过程。2.重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后有质量亏损,根本原因是重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量,而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
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.核电站:利用核能发电,它的核心设施是________,它的主要组成部分:
2.工作原理(1)核燃料发生________释放能量,使反应区温度升高。(2)能量输出: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______,同时也使反应堆冷却。3.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的________,用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的________,需要装入特制的容器,__________ 。
【思考】核电站发电有哪些优点?提示　(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大,所能提供的能量大。(3)对环境的污染比火力发电小。
例3 如图为普通核反应堆的结构示意图,通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是(　　)
A.正常运行的反应堆,水泥防护层外能检测到大量α粒子B.中子速度越快越容易发生链式反应C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
解析　正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射,所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子,故A错误;中子速度越快越不容易使链式反应发生,故B错误;利用镉棒对中子吸收能力强的特点,通过改变镉棒的插入深度,从而改变中子的数量来控制反应速度,故C正确;核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关,铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同,释放能量不同,故D错误。
万物生长靠太阳(如图),太阳在我们日常生活中是不可替代的,它提供给地球足够的能源,如果说太阳一旦没有了,那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗?
提示　来源于太阳内部的核聚变反应
(4)应用:目前,人工产生的热核反应主要用在核武器上,那就是______,需要用________爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。(5)太阳能:太阳的主要成分是____。太阳的中心温度达1.6×107 K。在这样的高温下,氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,太阳能就来自于太阳内部________释放的核能。
2.受控热核反应(1)核聚变的优点:第一,轻核聚变产能效率高。第二,地球上核聚变燃料氘储量丰富,而氚可以利用锂来制取,足以满足核聚变需要。第三,轻核聚变更为安全、清洁。(2)核聚变的难点:需要的温度太高,地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
(3)控制方法①磁约束:利用磁场来约束参加反应的物质,目前性能最好的一种磁约束装置是________。②惯性约束:核聚变物质因自身的惯性,在极短时间内来不及扩散就完成了核反应,在惯性约束下,用高能量密度的______或X射线从各个方向照射参加反应的物质,使它们“挤”在一起发生反应。
【思考】发生核聚变需要什么条件?
提示　需要足够大的能量使轻核间的距离达到10-15 m。
1.(反应堆与核电站)如图是慢中子反应堆的示意图,对该反应堆,下列说法正确的是(　　)
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少,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
解析　快中子容易与铀235擦肩而过,快中子跟慢化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,故选项B正确,A错误;控制棒由镉做成,镉吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,故选项C、D错误。
解析　相同质量的核燃料,轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多,根据爱因斯坦质能方程可知,轻核聚变放出的核能更多,A正确,D错误;根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知,氘氚核聚变的产物之一为中子,而不是电子,B错误;铀235为核裂变的主要燃料,C错误。
题组二　核聚变5.(多选)下列关于核聚变的说法中,正确的是(　 )A.要使核聚变发生,必须克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温,因此轻核聚变又叫热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温,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,在地球内部也可以自发地进行
解析　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,故A正确;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开尔文的高温下才有这样的能量,这样高的温度能够通过原子弹爆炸获得,故B、C正确;在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应,但在地球内部不会自发地进行,故D错误。