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ppt课件

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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。教学重点：核裂变、核聚变。教学难点：核裂变。
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。
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?
费米认为：石蜡或水中的质子与中子的质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞后，速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获的机会增大，核反应概率增大，发射性的生成大大增加。慢中子作用的发现，大大增强了中子轰击的效果，对重核裂变的发现提供了重要前提。
重核被中子轰击后分裂成质量较轻的核，并放出核能的过程。
重核裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发产生
1kg铀235裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能！
一个铀核裂变释放的能量
下面是两种典型的裂变反应，请完成方程式中的填空。
(2)裂变产物多种多样
1938年，德国，哈恩
①已知mu=390.3139×10-27kg，mn=1.6749×10-27kg，mBa=234.0016×10-27kg，mKr=152.6007×10-27kg。试计算第一个核反应放出的能量。
②如果有1kgU235完全核裂变，释放的能量有多少？
3.22×10-11J=201.3MeV
5.15×1026MeV
在反应过程中释放出的中子可能有一部分在杂质吸收，这就会导致反应无法维持下去，因此在那减少裂变物质中的杂质。对于天然的铀矿，使用前要先进行提纯。
在原子内，原子核只占很小的体积，所以裂变产生的中子，很可能碰不到其他铀核直接飞出铀块，那裂变就不会发生。因此要保证铀块体积足够大，中子有足够的概率打中其他铀核，链式反应才能持续。
由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
②铀块体积大于临界体积
(2)链式反应的条件：
裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为临界体积，把相应的质量称为临界质量。
原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。
试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。
利用重核裂变的链式反应制成
原子核的链式反应可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就可以为人类的和平建设服务。1942年，美籍意大利物理学家费米就主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。
1.核反应堆的构造与作用
减慢中子速度,便于铀吸收
吸收中子，控制反应速度
内外循环，把热量传出去
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。
两个轻核结合成质量较大的核并释放出巨大的能量，叫核聚变。
根据所给数据，计算上面核反应放出的能量：氘核的质量：mD=2.014102u氚核的质量：mT=3.016050u氦核的质量：mα=4.002603u中子的质量：mn=1.008665u
(2)平均每个核子释放能量3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。
(1)用加速器加速原子核；
(2)把原子核加热到很高的温度（108～109K）；
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
使原子核间的距离达到10-15m。
（原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
3.受控热核反应——核聚变的利用
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
(1)轻核聚变产能效率高(2)地球上聚变燃料的储量丰富每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。(3)轻核聚变更为安全、清洁高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理。
4.实现可控核聚变的主要困难
(1)热核反应的的点火温度很高；
(2)如何约束聚变所需的燃料。
现在的技术还不能控制热核反应
利用轻核聚变释放巨大能量的原理制成
1．关于重核的裂变，以下说法中正确的是（ ）A．铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块，同时放出几个中子B．铀235被中子轰击后二者都会发生分裂C．要使铀块发生链式反应，其体积必须足够大D．铀235分裂成两个中等质量的核，比结合能减小，放出核能
2．现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量
3．关于核聚变，以下说法正确的是（ ）A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10 m以内，核力才能起作用D．核聚变比核裂变更易控制
4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（ ）A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C．聚变反应中粒子的比结合能变小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大