高中物理 第十九章 原子核 第6節(jié) 重核的裂變課件 新人教版選修35

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1、第第十十九九章章第第6節(jié)節(jié)新知預(yù)新知預(yù)習(xí)習(xí)巧設(shè)計(jì)巧設(shè)計(jì)名師課名師課堂堂一點(diǎn)通一點(diǎn)通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關(guān)大沖關(guān) 隨堂檢測(cè)隨堂檢測(cè)歸納小結(jié)歸納小結(jié) 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點(diǎn)一要點(diǎn)一要點(diǎn)二要點(diǎn)二1知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的 發(fā)生條件。發(fā)生條件。2知道重核裂變能放出能量，并能計(jì)知道重核裂變能放出能量，并能計(jì) 算核能的變化。算核能的變化。3了解鈾核的裂變特點(diǎn)及核電站的工了解鈾核的裂變特點(diǎn)及核電站的工 作原理。作原理。 1重核的裂變重核的裂變 (1)發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：1938年底，德國(guó)物理學(xué)家年底，德國(guó)物理學(xué)家 和他的助手斯特和他的助手斯特拉斯曼，在用中子轟擊鈾

2、核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了拉斯曼，在用中子轟擊鈾核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了 的裂變。的裂變。 (2)定義：重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)定義：重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè) 的的新原子核，并放出新原子核，并放出 的過程。的過程。 (3)鈾核裂變：用鈾核裂變：用 轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是 哈恩哈恩鈾核鈾核質(zhì)量差不多質(zhì)量差不多核能核能中子中子中子中子臨界體臨界體積積臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量中子中子 2核電站核電站 (1)組成組成 核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是 ，它主，它主要由以下幾部

3、分組成：要由以下幾部分組成： 燃料：燃料： 。 慢化劑：鈾慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用 、重水或普通水作慢化劑。重水或普通水作慢化劑。 控制棒：由控制棒：由 能力很強(qiáng)的鎘制成，用以控制鏈能力很強(qiáng)的鎘制成，用以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。式反應(yīng)的速度。 反應(yīng)堆反應(yīng)堆鈾棒鈾棒石墨石墨吸收中子吸收中子 (2)工作原理：核燃料工作原理：核燃料 釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高。釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高。 (3)能量輸出：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)能量輸出：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外外 ，使反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。，使反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去

4、，用于發(fā)電。 (4)核污染的處理：為避免射線對(duì)人體的傷害和核污染的處理：為避免射線對(duì)人體的傷害和 對(duì)水源、空氣和工作場(chǎng)所造成放射性污染，在反應(yīng)堆外面要對(duì)水源、空氣和工作場(chǎng)所造成放射性污染，在反應(yīng)堆外面要修建很厚的修建很厚的 ，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，核廢，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)的料具有很強(qiáng)的 ，需要放入特制容器，深埋地下。，需要放入特制容器，深埋地下。 關(guān)鍵一點(diǎn)關(guān)鍵一點(diǎn)核電站和原子彈的基本原理都是利用了核裂變，核電站和原子彈的基本原理都是利用了核裂變，但核電站中的核反應(yīng)是人工控制下的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而原子彈的爆炸但核電站中的核反應(yīng)是人工控制下的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而原子彈的爆炸

5、沒有也不需要人工控制。沒有也不需要人工控制。裂變裂變循環(huán)流動(dòng)循環(huán)流動(dòng)放射性物放射性物質(zhì)質(zhì)水泥層水泥層放射性放射性答案：答案：B2下列關(guān)于重核裂變的說法中，正確的是下列關(guān)于重核裂變的說法中，正確的是 ()A重核裂變反應(yīng)是一個(gè)吸能反應(yīng)重核裂變反應(yīng)是一個(gè)吸能反應(yīng)B重核裂變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)重核裂變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)C重核裂變反應(yīng)的過程質(zhì)量虧損重核裂變反應(yīng)的過程質(zhì)量虧損D重核裂變反應(yīng)的過程質(zhì)量增加重核裂變反應(yīng)的過程質(zhì)量增加解析：解析：重核裂變會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故選重核裂變會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故選B、C。答案：答案：BC3目前核電站利用的核反應(yīng)是目前核電站利用的核反應(yīng)是 ()A裂變，核燃料

6、為鈾裂變，核燃料為鈾 B聚變，核燃料為鈾聚變，核燃料為鈾C(jī)裂變，核燃料為氘裂變，核燃料為氘 D聚變，核燃料為氘聚變，核燃料為氘解析：解析：核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆。反應(yīng)堆中的核反應(yīng)主要是鈾堆。反應(yīng)堆中的核反應(yīng)主要是鈾235吸收慢中子后發(fā)生吸收慢中子后發(fā)生的裂變，反應(yīng)堆利用濃縮鈾制成鈾棒，作為核燃料，的裂變，反應(yīng)堆利用濃縮鈾制成鈾棒，作為核燃料，選項(xiàng)選項(xiàng)A正確。正確。答案：答案：A4在核反應(yīng)堆外修建很厚的水泥層是為了防止在核反應(yīng)堆外修建很厚的水泥層是為了防止()A核爆炸核爆炸 B放射線外泄放射線外泄C核燃料外泄核燃料外泄 D慢中子外泄慢中

7、子外泄解析：解析：核反應(yīng)堆的核燃料一般是鈾核反應(yīng)堆的核燃料一般是鈾235，它具有很強(qiáng)，它具有很強(qiáng)的放射性，其衰變時(shí)放出的射線能對(duì)人體造成極大的放射性，其衰變時(shí)放出的射線能對(duì)人體造成極大的傷害，在其外修建很厚的水泥層就是為了防止放的傷害，在其外修建很厚的水泥層就是為了防止放射線外泄，則射線外泄，則B正確。正確。答案：答案：B答案：答案：見解析見解析 1鈾核的裂變鈾核的裂變 (1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀。則的形狀。 (2

8、)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出23個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。 (3)能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一般說來，平均每個(gè)核子放量虧損，所以放出能量。一般說來，平均每個(gè)核子放出的能量約為出的能量約為1 MeV,1 k

9、g鈾鈾235全部裂變放出的能量相全部裂變放出的能量相當(dāng)于當(dāng)于2 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾萬度的高溫。幾萬度的高溫。 2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件 (1)要有足夠濃度的鈾。要有足夠濃度的鈾。 (2)要有足夠數(shù)量的慢中子。要有足夠數(shù)量的慢中子。 (3)鈾塊的體積要大于等于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于鈾塊的體積要大于等于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于等于臨界質(zhì)量。原子核的體積非常小，原子內(nèi)部的空隙很等于臨界質(zhì)量。原子核的體積非常小，原子內(nèi)部的空隙很大，如果鈾塊不夠大，中子在鈾塊中通過時(shí)，就有可能碰大，如果鈾塊不夠大，中子在鈾塊中通過時(shí)，就有可能碰不

10、到鈾核，只有當(dāng)鈾塊達(dá)到一定大小時(shí)，裂變產(chǎn)生的中子不到鈾核，只有當(dāng)鈾塊達(dá)到一定大小時(shí)，裂變產(chǎn)生的中子才有足夠的概率打中某個(gè)鈾核，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去，這才有足夠的概率打中某個(gè)鈾核，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去，這就是臨界體積的含義。就是臨界體積的含義。 1關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是 () A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量 B中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，但核子數(shù)不會(huì)減少但核子數(shù)不會(huì)減少

11、 D重核裂變時(shí)比結(jié)合能減小，要發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放重核裂變時(shí)比結(jié)合能減小，要發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能核能 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥根據(jù)重核裂變的條件和裂變釋放核能的原根據(jù)重核裂變的條件和裂變釋放核能的原因進(jìn)行分析解答。因進(jìn)行分析解答。 解析解析核裂變時(shí)發(fā)生質(zhì)量虧損，核能轉(zhuǎn)化為其他形式核裂變時(shí)發(fā)生質(zhì)量虧損，核能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，釋放的核能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中子的動(dòng)能，的能，釋放的核能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中子的動(dòng)能，A錯(cuò)；要發(fā)生鏈?zhǔn)藉e(cuò)；要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必須大于臨界體積，反應(yīng)，鈾塊的體積必須大于臨界體積，B錯(cuò)；任何的核反應(yīng)錯(cuò)；任何的核反應(yīng)中核子數(shù)都不變，中核子數(shù)都不變，C對(duì)。重核的比結(jié)合能較小，中等質(zhì)量的對(duì)。重核的比結(jié)合

12、能較小，中等質(zhì)量的核比結(jié)合能最大，裂變時(shí)重核分裂為中等質(zhì)量的核，比結(jié)合核比結(jié)合能最大，裂變時(shí)重核分裂為中等質(zhì)量的核，比結(jié)合能變大，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，釋放核能，能變大，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，釋放核能，D錯(cuò)。錯(cuò)。 答案答案C 重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小。所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的的比結(jié)合能要小。所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量。

13、時(shí)得到的能量。 1核武器核武器 原子彈殺傷力強(qiáng)大的原因是核能在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來。原子彈殺傷力強(qiáng)大的原因是核能在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來。 2核電站核電站 (1)核電站是利用緩慢釋放的核能來發(fā)電，其核心是核反應(yīng)核電站是利用緩慢釋放的核能來發(fā)電，其核心是核反應(yīng)堆堆 ，其簡(jiǎn)化示意圖如圖，其簡(jiǎn)化示意圖如圖1961所示：所示：其結(jié)構(gòu)及其作用如下表所示：其結(jié)構(gòu)及其作用如下表所示：組成部分組成部分材料材料作用作用裂變材料裂變材料(核燃料核燃料)濃縮鈾濃縮鈾(U)提供核燃料提供核燃料慢化劑慢化劑(減速劑減速劑)石墨、重水石墨、重水或普通水或普通水使裂變產(chǎn)生的快中子減速使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒控制棒鎘鎘吸收

14、減速后的中子，控制反吸收減速后的中子，控制反應(yīng)速度應(yīng)速度反射層反射層石墨石墨阻止中子逃逸阻止中子逃逸熱交換器熱交換器水水產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電電機(jī)發(fā)電防護(hù)層防護(hù)層金屬套和鋼金屬套和鋼筋混凝土筋混凝土防止射線對(duì)人體及其他生物防止射線對(duì)人體及其他生物體的侵害體的侵害 (2)核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)： 消耗的核燃料少，一座百萬千瓦級(jí)的核電站，一年只消耗消耗的核燃料少，一座百萬千瓦級(jí)的核電站，一年只消耗濃縮鈾濃縮鈾30 t左右，而同樣功率的火電站每年要消耗左右，而同樣功率的火電站每年要消耗250萬噸優(yōu)質(zhì)煤。萬噸優(yōu)質(zhì)煤。 作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大

15、。作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大。 對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。 名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛 (1)鈾核的裂變是人為的核反應(yīng)，自然界中不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生。鈾核的裂變是人為的核反應(yīng)，自然界中不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生。 (2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度很快，如不加以控制，能量在瞬間急劇釋鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度很快，如不加以控制，能量在瞬間急劇釋放放(如原子彈如原子彈)。核電站、核潛艇都是采用一定方法加以控制的可。核電站、核潛艇都是采用一定方法加以控制的可控核反應(yīng)堆?？睾朔磻?yīng)堆。 解答這類問題，一般是先根據(jù)核反應(yīng)方程求出一解答這類問題，一般是先根據(jù)核反應(yīng)方程求出一個(gè)鈾核裂變時(shí)發(fā)生的質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程計(jì)算出釋放個(gè)鈾核裂變時(shí)發(fā)生的質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程計(jì)算出釋放的能量，然后用阿伏加德羅常數(shù)把核能與鈾核質(zhì)量聯(lián)系的能量，然后用阿伏加德羅常數(shù)把核能與鈾核質(zhì)量聯(lián)系起來；另外，在計(jì)算過程中要注意單位的統(tǒng)一。起來；另外，在計(jì)算過程中要注意單位的統(tǒng)一。