精 品 教 学 课 件高中物理选择性必修第三册 RJ


第五章 原子核5.3 核裂变与核聚变


C
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N
T
E
N
T
S1 学习目标2 新课导入3 新课讲解4 课堂小结5 典例分析当堂小练6
目 录


.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件。2
.了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点。3
.掌握核聚变的定义及发生条件。4
.会判断和书写核裂变、核聚变方程,能计算核反应释放的能量。学习目标
1


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？新课导入


D
E
F
A
B
C
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OZ
F
C
B
E
A
D
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Fe
核子平均质量比结合能核子的平均结合能随质量数的变化z核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大 使较重的核分裂成中等大小的核，比结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。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。新课讲解


���������� 
�+�→��+��+��
��������
���������� 二分裂
�+�→��+��+���
��������
一、核裂变的发现1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。1、核裂变⑵铀核的三分裂、四分裂铀核裂变的产物是多种多样的，其他裂变方程还有:


2、链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。⑴定义


⑵链式反应的条件铀矿中子杂质杂质①保证铀235的纯度


②临界体积和临界质量：原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，使链式反应进行下去。 裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。


3、核裂变释放大量的能量 一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!


原子弹是利用重核的裂变反应制成的,高纯度的铀或钚超过临界体积时发生链式反应,在极短时间内能够释放大量核能，发生猛裂爆炸。原子弹


了打破核垄所，最终消灭1964武器，核年10月16日我国第一
颗原子弹爆炸成功。同时，我国政郑府重中诺:承国在任何时
候、任何情况不，都不首先使用下武器，核对无核国家或地区
使用或威胁武用核使器。我国研制成功原子弹，极大地增强了我国的国
防力量。
为


控制的链式反应来置放核能的装释。1、反应堆：“热
制棒——镉棒燃
料：铀棒 ⑵慢
速度不能太快，否则肩与铀23会“擦5而过”，铀核不能“
捉”住生，不能发它核裂变。实验
料棒—
证明，速与度速热运动度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“
铀棒减速剂⑴燃
热中子”，或称慢
中子。
化剂：为的使裂变产了生快中子减速，在铀
棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂
有石墨、重水或普通水。
中子（慢中子）”核反应堆示意图水泥防护层控
⑶控制棒：在铀棒之间插些一入镉棒，利用镉棒吸收
中子反应堆的核燃料是铀
中子的能力很强来控制反应速度。镉棒插入的
棒，成分是天然铀或
越深，吸收的中子就越多，链式反应的速度就
浓缩铀（铀235的含
越慢，这样的镉棒叫控制棒⑷。水泥防护层：屏蔽射线防止
量）占2%〜4%。中子的
放射性污染。热
二、反应堆与核电站通过可


流程
回路中的水被泵压入反应堆，通过堆
芯时核心放应反出的热使水
的内能增加，水温升高。第一回路的
水进入交换器，把热量传给第二回路
的水，然后又被泵压回堆应反。 在
热交换器内，第二回路中的水
被回热成高生温高汽压蒸，驱动汽轮机运
转。⑴核电站工作
流 程 第一
2、核电站核电站工作


防护措施：由1m多
障——耐屏高温腐蚀的瓷陶体燃料芯块可以
98%以把上的裂变产物留滞在芯块内。第二道
屏障——燃料元件包壳由
优质的锆合金制成，具有良好的密封性。第三道
屏障——压力壳将
燃料棒和一回路的水完全罩住，止防燃料元件包壳少量射线泄漏
。第四道
屏障——安全壳
厚的钢筋混凝土制成，整在核个应堆都装反安全壳中。第一道
⑵核反应堆的


个轻结合成质量较大的核的核反应。核1、核聚变 一个
氘与一个核氚结核合成一个氦核时（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
上核比裂变反应中平均每个，子放出的能量大3-4倍
，核反应方程：
����
�+�→��+�+��.���� 其他聚变反应方程:
����
2231
HHHen�+2231+1111HHHH+�+
1120
三、核聚变两


使轻必核发生聚变，核须使它们的距离达，10到-15 m以内核力才能由作用。起
原子核都于正带，电要使它们接必到这种近度，程克服巨须大的力库斥仑。也就是
说，子核原要的有很大动能才会“撞。”一起到什么办法量使大能原子核获得
足够的动而发生核聚变呢？能 当物质的
速器加速原子核
物质加热到很高的温108度～109K⑴用加
温度达到开百万几尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核
具有够的足动以能，可克服库仑斥力，碰撞时十分接，近发生核聚变。
因此，核聚变又叫热核反应。热一反应核旦发生，就不再需要外界给
它能量，靠自身产生的热会就使反应继续下去。⑵对
要


普遍存在于宇宙恒太阳中星 科
核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多
恒星的内部温度高以107达K上，因而在那里进行
激烈着的热断核反应，不向外界释放着巨大的能量。 太阳
每秒释放的能量为3.8×10约26 J，地球
只接受的了其中二亿十分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断
减轻。它每秒有７亿吨
原子核参与碰撞，转化为量能的物质是400万吨
。
学家估计，太阳能这种“核燃烧的还”维持90亿~100亿
年。当然史与人类历，相比，这个时间很
长很 ！ 长 热
2、核聚变


——氢弹普
，我国首枚氢弹爆炸成功
通炸药Ｕ235氘
、氚爆炸裂变聚变
2341
H+H→He+n+17.6 eVM1967年6月17日
1120
3、核聚变的利用


控核聚变的方案⑴磁约束带
电粒子运动在时均场磁匀中受洛伦兹力作用而不的散飞，此因有可能利用
磁场来约束参的反应加物质。托卡马克
装置中国
科学院的环流器装置
4、可


质聚变反应的时间非常短，聚变物于因自身的惯性还来不及扩散
性 束 约 由
就完成了核反应。在惯性约束下，可以用各激从光个方向照射参应反加的物质，使它
们“挤发在一起”生反应。惯
性约束示意图
⑵惯


由子核裂变产生的中重使裂变反应一代接：代继续下去的过程⑶链式反应的条件一铀的纯度和铀块大小2、反应堆与核电站3、核聚变⑴核聚变：
两个轻的结合成一个质量较大核核⑵核聚变的条件：加
热到几百万卡尔文（热应反核）⑶核聚变的例子：
太阳、氢弹课堂小结
1、核裂变的发现⑴裂变：重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程⑵链式反应：


例关1】题多选)(下裂变反应,于列说法正确是的(　　)A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂
为质量差不多的两分部B.铀核裂变
为等质量的原子核一定释放能量中C.铀核发生裂变时可能分裂成
两四分、三部分或部部分D.所
有重核用中子轰击均能发生裂变反应解析：BD用中子轰击 等
少数重核元素应能发生裂变反才,铀核裂变时可能分裂
为两三分、部部分或四部分,但产生两率分的概部最大,A、D错误,C正确;铀核裂变
为确等质量的原子核时一定释中能量,B正放。典例分析
【


���������� 1kg铀中
例题2】变核裂铀时的核反应方程为
�+�→��+��+��
��������
-27 kg， ×101027 kg， -×1027 kg， ×--2。 kg7
：
知×10求完 1Kg铀：全裂变释放的能量。 【
00100010
NAN6.20012.26501
含有的铀核数g：1K为铀完全裂变释放的能量
235235
为：1个U235发生裂变亏损质量：1个U235发生裂变释放的能量： ΔE=200.55MeV Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10－27kgΔE24200.55MeV=8.2×1013J 相当于标准煤的质量
知1kg标准煤完全燃烧释放的热，是2.94×10量J7则1Kg铀完全裂变释放的能量相当于多
少烧准煤完全燃标释放的热量？
E31867.201
为：已
3242mgk2.0801gkt0082
q2.9410
已


例关3】题(多选)于核反应堆,下确说法正列的是(　　 铀)A.
棒是核燃时,裂变料释放核能B.镉棒
的作用是控制反应堆的功率C.石墨
的作用是吸收子中D.冷却
剂的作用是控反制应堆的温度和输出热：解析能ABD铀
棒是核燃收料,裂变时可放出能量,故A正确;镉棒吸中子的能力强很是,作用
节调以中数目子控应制反速度,即控堆反应制功B,故率正确;慢
中子最容易所发核