资源简介

(共12张PPT)
10
热学、光学
及原子物理初步
导入 从太阳和彩虹说起
太阳以光和热滋养着地球上的万事万物；芬芳馥郁的鲜花将大地点缀得生机勃勃；绚丽夺目的彩虹延伸到天边的云海；山川 深处的矿石蕴藏着惊人的能量……
太阳内部“藏”着什么样的奥秘？彩虹是如何形成的？为什么人们能闻到远处沁人心脾的花香？学完本章知识，你将找到问题的答案。
当今社会，随着传统一次性能源（如煤、石油、天然气）的日益减少，核能已逐渐成为我国新能源体系建设中不可或缺的一部分。什么是核能？如何才能得到这些能量并供人类使用呢？带着这些问题我们一起来学习本节内容。
第六节 核能
我们已经知道，原子核非常小，在原子核中，质子和中子被约束在线度为 的区域内。因质子带正电，中子不带电，质子之间相互排斥的电磁力很大，会使原子核不稳定，实际上核子却紧紧结合在一起。是什么力量把核子紧紧地“团结”在一起呢？是万有引力吗？
计算可知，两个质子间的斥力比万有引力大得多，万有引力不可能将核子紧紧约束在一起。所以，一定存在除万有引力和电磁力之外的另一种力，把原子核中的核子束缚在一起，这种力称为核力。
一、核能 质量亏损
第六节 核能
一、核能 质量亏损
第六节 核能
原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，自由核子结合成原子核时，会释放能量。人们把核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。
实验发现，原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一现象称为质量亏损。如果用符号 表示亏损的质量，根据爱因斯坦质能方程
可知，核子结合成原子核时，释放出的结合能是
较重的原子核分裂时也会释放能量。通常把通过核反应从原子核释放的能量称为核能。
20 世纪 30 年代，科学家用中子轰击铀核，发现铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量。这种重核分裂的核反应过程称为核裂变。核裂变是释放核能的方法之一。
为什么会发生核裂变？科学家认为，中子击中 后，将复合成 ，且处于高激发状态。 不稳定且发生形变， 核子间的距离增大，核力迅速减小，从而不能使核恢复原状， 就分裂成两部分，同时放出中子，并向外辐射能量（图 10-39）。
二、重核的裂变
第六节 核能
核裂变时放出中子，中子数目有多有少，其速度有快有慢。以铀 235 为例，如果中子能持续不断地轰击 ，就能持续不断地释放核能。在 核裂变释放出巨大能量的同时，平均每次可放出 2～3 个中子，这些中子被称为第 1 代中子，如果其中至少有一个继续轰击 ，使之发生裂变，就能产生第 2 代中子。这样继续下去，中子会不断增加，裂变反应会不断加强，这就形成了核裂变的链式反应（图 10-40）。
二、重核的裂变
第六节 核能
铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块的体积不够大，中子在铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面了，链 式反应不能继续。通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为它的临界体积。
二、重核的裂变
第六节 核能
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应称为核聚变。例如，一个氘核和氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子。轻核聚变产生的能量要比重核裂变产生的能量大。例如，氘核和氚核结合产生氦核时放出的能量为 17.6 MeV，平均每个核子放出的能量在 3 MeV，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大 3～4 倍。
三、轻核的聚变
第六节 核能
太阳和其他恒星能持续发光辐射出巨大的能量，就是它们内部氢核聚变的结果（图 10-41）。
要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围。要使它们达到这种程度，必须克服原子核间巨大的斥力，也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。以氘核发生聚变为例，必须在大约 高温下，使氘核获得至少 的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变，所以这种轻核聚变又叫热核反应。
对于可控核聚变，需要把聚变材料束缚在装置内，使之达到上亿度的温度，然后发生聚变反应释放能量，并且实现稳定输出。目前可控核聚变仍处于研究中，还未达到商用的程度。
三、轻核的聚变
第六节 核能
作业与活动
第六节 核能
1. 什么是核能？什么是核裂变、核聚变？
2* . 请查阅资料，解释爱因斯坦质能方程的意义。
项目任务与实践活动
第六节 核能
3. 人们一直在努力尝试实现可控的核聚变，进而利用核聚变中产生的能量。与核裂变相比，核聚变有很多优点。请查找资料，试找出 2～3 条关于核聚变的优点。
4. 查找资料，在自己所学专业领域中，看看有哪些核技术被应用在工业生产、医疗实践、农业生产等领域，并在学习小组内进行交流讨论。

展开更多......

收起↑