资源简介

(共30张PPT)
4.核裂变与核聚变
5.“基本”粒子
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道什么是核裂变、链式反应以及裂变反应堆的工作原理。
2.知道核聚变及其特点和条件。
3.了解基本粒子的分类及其作用。
通过学习核裂变、链式反应以及核聚变,形成物理观念,培养科学思维和科学探究精神。
自主预习 新知导学
一、核裂变的发现
1.核裂变:铀核在被 中子 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,弗里施把这类核反应定名为核裂变。
2.铀核裂变:用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多样的,其中一种典型的反应方程是
3.链式反应:由重核裂变产生的 中子 使核裂变反应一代接一代继续下去的过程,叫作核裂变的链式反应。
4.链式反应的条件:铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量。
5.原子弹爆炸时发生了什么样的核反应
答案：重核裂变的链式反应。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。
二、反应堆与核电站
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 核反应堆 。
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 石墨 、重水 和 普通水 (也叫轻水) 。
3.控制棒。
为了调节中子数目以控制反应速度,还需要在铀棒之间插进一些镉棒。镉吸收 中子 的能力很强,当反应过于激烈时,将镉棒插入 深 一些,让它多吸收一些 中子 ,链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作 控制棒。
4.能量输出。
核燃料发生核裂变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循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却。
5.核污染的处理。
在反应堆的外面需要修建很厚的 水泥层 ,用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核反应堆中的核废料具有很强的 放射性 ,需要装入特制的容器, 深埋地下 。
三、核聚变
1.核聚变:两个 轻核 结合成质量较大的核,这样的核反应叫作核聚变。
2.核反应方程
3.聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须使它们的距离达到 10-15 m以内,这要克服电荷间巨大的库仑斥力。也就是说,原子核要有很大的动能。有一种方法,就是把它们加热到很高的温度,使物质的温度达到几百万开尔文。
四、“基本”粒子
1.发现新粒子:1932年发现了正电子,1937年发现了μ子,1947年发现了K介子和π介子。利用加速器和对撞机,人们发现了更多的粒子。
2.粒子的分类:现在已经发现的粒子达400多种。它们大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。
3.“夸克模型”的提出有什么物理意义
答案：夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破,它指出电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀块的质量大于或等于临界质量时,链式反应才能不停地进行下去。
(　　)
(3)核聚变时吸收能量。(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量,比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　)
(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。(　　)
(6)轻核聚变比重核裂变更安全、清洁。(　　)
(7)质子、中子不能再分。(　　)
×
×
×
√
√
√
√
2.(1)重核裂变时释放的能量来源于哪里
(2)裂变反应遵循什么规律
答案：(1)重核裂变时存在质量亏损,会释放出核能。
(2)遵循质量数和电荷数守恒的规律。
3.可控热核反应目前处于探索阶段,科学家们设想了哪些方法解决这个难题
答案：科学家们设想了两种方案,一种是磁约束,另一种是惯性约束。
合作探究 释疑解惑
知识点一
重核裂变和链式反应
【问题引领】
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产生链式反应吗
提示：1.重核裂变是在中子撞击下发生的裂变现象,不是一种天然现象。
2.铀块体积(质量)应大于或等于临界体积(临界质量)才能发生链式反应。
【归纳提升】
1.裂变核反应方程
2.链式反应发生的条件:
(1)铀块的体积大于临界体积。体积超过临界体积时,保证中子能够碰到铀核。
(2)有足够浓度的铀235。
(3)有足够数量的慢中子。
3.裂变反应的能量:铀核裂变为中等质量的原子核,发生质量亏损,所以放出能量。
【典型例题】
【例题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：根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时铀核俘获中子发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程,其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量,选项A错误。链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积,如果体积小,中子从铀块中穿过,碰不到原子核,则链式反应不会发生,选项B错误。在裂变反应中核子数是不会减少的,选项C错误。
D
科学思维 重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后质量有亏损,根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解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。
【变式训练1】 铀核裂变时,对于产生链式反应的重要因素,下列说法正确的是(　　)
A.铀块的质量是重要因素,与体积无关
B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子
C.铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应才能够发生
D.能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析：要使铀核裂变产生链式反应,铀块的体积必须大于临界体积,故A错误。裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中子不能直接引发新的裂变,故B错误。如果铀块的质量大,则其体积大,若超过临界体积则发生链式反应,故D错误,C正确。
C
【问题引领】
知识点二
轻核聚变
为什么实现核聚变要把聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温 目前人们实现的核聚变是什么
提示：轻核的聚变反应是较轻的核子聚合成较重的核子,要使核子的强相互作用发挥作用,必须使核子间的距离达到10-15 m以内;同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大,因而需要核子有很大的动能,表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸,是由普通炸药引爆原子弹,再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应,但这是不可控制的。
【归纳提升】
1.核聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须克服电荷间强大的库仑斥力作用,有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。
2.核聚变的特点:
(1)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以使反应继续下去。
(3)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。
3.聚变方程:
【典型例题】
C
解析：根据核反应方程质量数和核电荷数守恒可知X的电荷数是0,质量数是1,所以X是中子,故A、B错误。由质能方程可知,这个反应释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正确。 只有在极高温度下才能够发生聚变反应,故D错误。
科学思维 (1)核聚变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数和质量数守恒,这是书写核反应方程的重要依据。
(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损,然后代入ΔE=Δmc2进行计算。
【变式训练2】 (多选)下列说法正确的是(　　)
A.聚变反应中有质量亏损,所以必向外界放出能量
B.要使原子核发生聚变反应,必须使原子核之间的距离接近到1×10-15 m,也就是接近到核力能够发生作用的范围内
C.要使原子核发生聚变反应,必须克服核力做功
D.热核反应只有在人工控制下才能发生
解析：由质能方程可知,选项A正确。轻核结合成质量较大的核,必须使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围,才能使它们紧密地结合起来,选项B正确,C错误。热核反应必须在很高的温度下才能发生,不一定要人工控制,选项D错误。
AB
课堂小结
随堂练习
1.(核裂变)在核反应中,控制铀235核裂变反应速度的方法是(　　)
A.使用浓缩铀
B.改变铀块的临界体积
C.通过自动控制装置改变镉棒插入的深度,以改变中子数
D.利用石墨与中子的碰撞,来改变中子的速度
解析：控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的。故选项C正确。
C
B
解析：核聚变反应中产生新的原子核,同时由于发生了质量亏损,会有核能的释放,B正确,A、C错误。目前核电站大多采用重核裂变的方法来利用核能发电,D错误。
ABC
3.(基本粒子)(多选)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是(　　)
A.许多粒子都有自己的反粒子
B.粒子分为强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子四类
C.质子属于强子
D.光子属于轻子
解析:反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,选项A正确;粒子分为强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子四类,选项B正确;质子属于强子,光子属于规范玻色子,选项C正确,D错误。
C

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