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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章原子核,4,核裂变与核聚,变,5,“,基本,”,粒子,课前预习反馈,课内互动探究,课堂达标检测,目标体系构建,核心素养提升,目标体系构建,【,学习目标】,1,知道核裂变反应及链式反应的条件。,2,知道裂变反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程。,3,了解聚变反应及条件。会判断和填写核聚变方程，并能计算聚变释放的能量。,4,初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。,【思维脉络】,课前预习反馈,知识点,1,核裂变的发现,中子,核能,3,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，这种由重核裂变产生的中子,使,_,反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的,_,。,4,链式反应的条件：,发生裂变物质的体积大于,_,或裂变物质的质量大于,_,。,核裂变,链式反应,临界体积,临界质量,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,_,。,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,_,、,_,和,_ (,也叫轻水,),。,核反应堆,知识点,2,反应堆与核电站,石墨,重水,普通水,3,控制棒：,为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收,_,的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入,_,一些，多吸收一些,_,，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作,_,。,4,能量输出：,核燃料,_,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外,_,，把反应堆内的,_,传输出去，用于,_,。,说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用,。,中子,深,中子,控制棒,裂变,循环流动,热量,发电,知识点,3,核聚变,质量较大,核聚变,10,15,m,温度,热核反应,4,优点：,(1),轻核聚变,_,。,(2),地球上,_,的储量丰富。,(3),轻核聚变更为,_,。,5,约束方法有,_,和惯性约束。,产能效率高,聚变燃料,安全、清洁,磁约束,1,基本粒子不基本,(1),直到,19,世纪末，人们都认为,_,、电子、,_,和中子是基本粒子。,(2),随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上,_,组成的，并发现,_,等本身也有复杂结构,。,光子,知识点,4,粒子,质子,基本粒子,质子、中子,2,发现新粒子,(1),新粒子：,1932,年发现,了,_,，,1937,年发现了,_,，,1947,年发现了,_,和,_,及以后的超子等。,(2),粒子的分类：大体可分为,_,、,_,、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。,(3),夸克模型的提出：,1964,年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由,_,构成的。,说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生,“,湮灭,”,，即同时消失而转化成其他的粒子,。,正电子,子,K,介子,介子,强子,轻子,夸克,思考辨析,判一判,(1),只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。,(,),(2),重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。,(,),(3),核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。,(,),(,4),核聚变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),实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。,(,),(6),质子、中子不能再分。,(,),(7),太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。,(,),选一选,山东荣成石岛湾核电站总装机规模,400,万千瓦。核电站与火电站相比较，下列说法错误的是,(,),A,核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量,B,就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭,C,在经济效益方面核电与火电不相上下,D,核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理,B,解,析：,核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，,A,正确；就可采储量所提供的能量来说，核燃料资源远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，,B,错误；在经济效益方面核电与火电不相上下，,C,正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，,D,正确。,想一想,万物生长靠太阳,(,如图,),，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。,你知道太阳的能量来源吗？,答案：,来源于太阳内部的核聚变反,应,课内互动探究,探究,重核的裂变及链式反应,情景导入,1964,年,10,月,16,日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于,1.8,万吨,TNT,炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径,400 m,的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径,1 600 m,范围内所有动植物全部死,亡,(,1),巨大的核能是从哪里来的？,(2),在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？,提示：,(1),铀核的裂变,(2),不需要,1,铀核的裂变,(1),核子受激发：当中子进入铀,235,后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形式。,(2),核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出,2,3,个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能,。,要点提炼,2,链式反应的条件,(1),要有足够浓度的,235,U,(2),要有足够数量的慢中子,(3),铀块的体积要大于临界体积,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。一个铀,235,核裂变时释放的能量如果按,200 MeV,估算，,1 kg,铀,235,全部裂变放出的能量相当于,2 800 t,标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温,。,关于重核裂变，下列说法正确的是,(,),A,重核裂变成中等核要吸收能量,B,中子进入铀块中时，一定能发生链式反应,C,重核裂变过程中质量数减少,D,较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出核,能,典例,1,典例剖析,D,解,析：,中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定。如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量。由此知,A,错误，,D,正确；当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，,B,错误；核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，,C,错误。,1,(2021,天津一中高二下学期月考,),在海军建军,70,周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇,093,改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇是以核反应堆作动力源。,对点训练,C,解析：,衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，故,A,错误；质量数较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故,B,错误；质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故,C,正确；核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故,D,错误。,探究,核电站,情景导入,如图所示为核电站工作流程示意图,(1),核电站的核心设施是什么？,(2),核电站是如何实现能量的转化与转移的？,提,示：,(1),核电站的核心设施是核反应堆。,(2),通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来，推动汽轮机工作。,1,核电站的主要组成,核电站的核心设施是核反应堆,，反应堆用的核燃料是铀,235,，它的主要部件列表如下：,要点提炼,部件名称,慢化剂,控制棒,热循环介质,保护层,采用,的,材,料,石墨、重水或普通水,(,也叫轻水,),镉,水或液态钠,很厚的水泥外壳,作用,降低中子速度，便于铀,235,吸收,吸收中子，控制反应速度,把反应堆内的热量传输出去,屏蔽射线，防止放射性污染,2,反应堆工作原理,(1),热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀,(,铀,235,的含量占,2%,4%),制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀,235,的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。,(2),控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。,(3),冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。,发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面,。,3,核电站发电的优点,(1),消耗的核燃料少。,(2),作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。,(3),对环境的污染要比火力发电小。,典例,2,典例剖析,C,控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些,D,若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些,答案：,BC,解,题指导：,深入理解核反应堆的工作原理，是处理该类问题的关键。,解析：,根据铀,235,的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，,A,错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀,235,吸收裂变，,B,正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，,C,正确，,D,错误。,2,原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成，它们是,(,),A,原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统,B,原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统,C,原子燃料、慢化剂、碰撞系统和传热系统,D,原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统,解析：,原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统四部分组成，故,A,正确,。,对点训练,A,探究,氢核的聚变,情景导入,如图为氢弹原理示意图。,(1),核聚变需要满足什么条件？,(2),为什么要用原子弹才能引爆氢弹？,提示：,(1),要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离,10,15,m,。,(2),它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。,1,轻核聚变是放能反应,从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。,2,聚变发生的条件,要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离,10,15,m,，但是原子核是带正电的，要使它们接近,10,15,m,就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温,。,要点提炼,3,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进行下去。,(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。,4,核聚变的应用,(1),核武器,氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。,(2),可控热核反应：目前处于探索阶段。,太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量为,2,10,30,kg,，太阳向周围空间辐射能量的总功率为,3.8,10,26,W,。,(1),写出上述聚变反应的方程；,(2),已知质子质量,m,p,1.67,10,27,kg,，氦核质量,m,6.645 8,10,27,kg,，电子质量,m,e,9.0,10,31,kg,，光速,c,3.0,10,8,m/s,，求每发生一次上述核反应所释放的能量；,典例,3,典例剖析,(3),根据题目中数据计算太阳,1,秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？,解,题指导：,(1),聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。,(2),核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损，然后根据爱因斯坦质能方程求解。,(3),由,m,t,m,求时间。,对点训练,BC,解析：,方程,(1),属于重核裂变，方程,(2),属于轻核聚变，选项,A,错误而,B,正确；由质量数和电荷数守恒得，,k,10,，,d,1,，选项,C,正确而,D,错误。,探究,粒子的分类及夸克模型,情景导入,如图所示为粒子发展示意图。,(1),为什么现在将,“,基本,”,二字去掉，统称为粒子？,(2),为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破,？,提,示：,(1),随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将,“,基本,”,二字去掉，统称为粒子。,(2),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。,1,新粒子的发现及,特点,要点提炼,发现时间,1932,年,1937,年,1947,年,20,世纪,60,年代后,新粒子,反粒子,子,K,介子与,介子,超子,基本,特点,质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反,比质子的,质量小,质量介于电子与核子之间,其质量比,质子大,2,夸克模型,(1),夸克的提出：,1964,年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。,(2),夸克的种类：上夸克,(,u,),、下夸克,(,d,),、奇异夸克,(,s,),、粲夸克,(,c,),、底夸克,(,b,),和顶夸克,(,t,),。,在,衰变中常伴有一种称为,“,中微子,”,的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。,1953,年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中,H,的核反应，间接地证实了中微子的存在。,典例,4,典例剖析,A,8.2,10,14,此过程遵循动量守恒定律,解题指导：,(1),由核反应过程质量数和电荷数守恒判断。,(2),根据,E,mc,2,和动量守恒求解。,对点训练,解析：,根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得,A,、,D,正确，,B,、,C,错误。,AD,核心素养提升,轻核聚变与重核裂变的区别,反应方式,比较项目,重核裂变,轻核聚变,放能原理,重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能,两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能,放能多少,聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大,3,4,倍,核废料处理难度,聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多,反应方式,比较项目,重核裂变,轻核聚变,原料的,蕴藏量,核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的,235,U,在铀矿石中只占,0.7%,主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。,1 L,海水中大约有,0.03 g,氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧,300 L,汽油相当,可控性,速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能,目前，除氢弹以外，人们还不能控制它,案例,AC,课堂达标检测,D,C,解,析：,A,是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故,A,错误；,B,是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故,B,错误；,C,是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故,C,正确；,D,是人工核反应，需要高能,粒子，在月球上不宜实现，故,D,错误。,关,于此核聚变，以下说法正确的是,(,),A,要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核拥有很大的动能,B,Z,0,，,M,1,C,1 moL,氘核和,1 moL,氚核发生核聚变，可以放出,17.6 MeV,的能量,D,聚变比裂变更安全、清洁,BD,CD,
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