资源简介

(共25张PPT)
4. 核裂变与核聚变
第五单元 原子核
1物理观念：
知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件。
2科学思维：
会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。
3科学探究：
了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
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？
一、问题引入
知识点一、核裂变的发现
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。
奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。
哈恩
斯特拉斯曼
迈特纳
弗里施
1、定义：重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应叫做核裂变。
2.链式反应
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。
条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。
临界体积:裂变物质能够发生链式反应的最小体积
相应的质量：临界质量
核裂变中的能量变化
+
→
+
+
求：1个U235发生裂变释放的能量？
1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温。
ΔE=200.55MeV
=
1 kg
2800 t
核裂变的其他可能
1947年，我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分。其概率大约是分裂为两部分的概率的
和 。
二战时期，美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%。
知识点二、反应堆与核电站
1.核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
慢中子
(石墨、轻水、重水)
(浓缩铀)核燃料
屏蔽射线，防止放射性污染。
2.核电站工作流程
核电站优点：
①消耗的核燃料少
②污染小
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。
核聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应
1. 定义
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。
一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时，同时放出一个中子，释放17.6MeV的能量，
平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍。
知识点三、核聚变
2. 产生条件
使原子核间的距离达到10-15m以内，核力才会起作用。
3. 实现方法
用加速器加速原子核
将原子核加热到很高温度（108～109K）
核聚变也称热核反应，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。
知识点三、核聚变
4. 核聚变普遍存在于宇宙中
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
知识点三、核聚变
5.可控核聚变的两种方案
①磁约束
中国科学院的环流器装置
（1）磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。
知识点三、核聚变
②惯性约束
激光或X射线
（2）惯性约束：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，用激光从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。
知识点三、核聚变
氢弹
01.
高中物理选择性必修第三册
典例精析
典例1．
2020年11月27日0时41分，“华龙一号”福清核电站5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为
，则下列叙述正确的是
A.裂变后粒子的总核子数减少
B.X原子核中含有85个中子
C.裂变反应前后质量没有变化
D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
√
典例2．
典例精析
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
√
典例3．
典例精析
2021年5月28日，在中科院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。下列关于聚变的说法正确的是
A.任何两个原子核都可以发生聚变
B.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小
C.两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小
D.核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式
√
当堂练习
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
√
当堂练习
2.原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短的时间内能够释放大量的核能，发生猛烈爆炸。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是
√
当堂练习
3.核工厂将核原料(六氟化钠)提炼成核反应材料(二氟化铀)时出现操作失误，工作人员在一个加工炉中投入16 kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是
A.临界体积
B.临界压强
C.临界温度
D.由一定的温度、体积和压强共同确定
√
链式反应的条件：
重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应
核裂变与核聚变
核裂变
核聚变
裂变方程：
核反应堆与核电站的工作流程
临界体积、临界质量
两个轻核结合成质量较大的核的反应
聚变方程：
优点：产能效率高；聚变燃料的储量丰富；更安全、清洁
实现可控核聚变的方法：磁约束、惯性约束
课堂小结

展开更多......

收起↑