物理：第5节《核裂变》课件（教科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第5节核裂变 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第5节 课前自主学案 课标定位 1 理解重核的裂变 知道核裂变的条件 2 知道什么是链式反应 及发生链式反应所需要的条件 3 了解核电站 知道核反应堆 课标定位 课前自主学案 裂变 最小 二 核电站 核反应堆1 作用 控制 的速度 把核能平稳地转化为电能 2 核反应堆 是控制链式反应的 设施 是使核裂变链式反应在 控制下安全进行的装置 链式反应 核心 人为 思考感悟重核裂变为何会释放出能量 裂变反应中质量会发生亏损吗 提示 由于重核的比结合能中等质量的原子核要小 当裂变为中等质量的原子核时 比结合能增加 必然放出能量 由于裂变反应中释放能量 反应后质量一定发生了亏损 核心要点突破 一 铀核的裂变和链式反应1 发现 1938年12月 德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时 发现了铀核的裂变 向核能的利用迈出了第一步 2 裂变的解释 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状 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 裂变就会不断地进行下去 释放出越来越多的核能 3 能量 重核裂变为中等质量的原子核 发生质量亏损 所以放出能量 一般说来 平均每个核子放出的能量约为1MeV 1kg铀全部裂变放出的能量相当于2500t优质煤燃烧时释放的能量 裂变时能产生几万度的高温 3 铀核裂变的条件 1 铀核的裂变只能发生在人为的核反应中 自然界中不会自发地产生裂变 而是发生衰变 2 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使其分裂 并放出更多的中子 这些中子再去轰击更多的铀核 产生更多的中子 就形成了链式反应 3 链式反应速度很快 如不加以控制 能量在瞬间急剧释放引起剧裂爆炸 如原子弹 如果运用一定方法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量 如核电站 核潜艇等 特别提醒 裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去 1 要有足够浓度的铀235 2 要有足够数量的慢中子 3 铀块的体积要大于临界体积 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于铀核的裂变 下列说法正确的是 A 铀核裂变的产物是多种多样的B 铀核裂变时能同时释放出2 3个中子C 为了使裂变的链式反应容易进行 最好用浓缩铀235D 铀块的体积对产生链式反应无影响 解析 选ABC 铀核受到中子的轰击会引起裂变 裂变的产物是多种多样的 具有偶然性 裂变成两块的情况较多 也可能分裂成多块 并放出2 3个中子 为了使裂变的链式反应容易进行 最好用浓缩铀235 并且要使铀块的体积超过临界体积 故A B C正确 D错误 二 核电站及组成部分的功能核电站的核心是核反应堆 核反应堆的主要组成部分及其作用 1 核燃料 反应堆使用浓缩铀 铀235占3 4 制成铀棒作为核燃料 释放核能 2 中子慢化剂铀235具有易俘获慢中子 不易俘获快中子的特点 而核反应中释放的中子多数为快中子 应使用慢化剂使它们的速度降下来 常用作慢化剂的物质有石墨 重水或普通水 3 控制棒 由吸收中子能力很强的镉制成 用以控制反应速度 4 保护层 反应堆外层是很厚的水泥壁 可防止射线辐射出去 5 热交换器 靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动 把产生的热量传输出去 6 核电站的优点 1 消耗的 燃料 很少 2 作为核燃料的铀 钍等在地球上可采储量大 3 对环境的污染比火电站要小 特别提醒 在计算重核裂变释放的核能时 主要从以下两个方面进行 1 根据爱因斯坦的质能方程计算 确定反应前 后的质量亏损 然后由 E mc2计算 2 由于1原子质量单位相当于931 5MeV的能量 即1u 931 5MeV 将质量亏损换算为原子质量单位 m 则 E m 931 5MeV 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理 下列说法正确的是 A 镉棒能释放中子 依靠释放的多少控制反应速度B 用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C 利用镉棒对中子吸收能力强的特点 依靠插入的多少控制中子数量D 镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用 利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度 解析 选C 镉棒并不能释放中子 也不能使中子减速 对铀核裂变也没有阻碍作用 而是利用对中子吸收能力强的特点 控制中子数量的多少而控制核反应速度 故C正确 课堂互动讲练 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 中子进入铀块中时 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 所以核子数量减小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 思路点拨 解答本题时从核能的来源 产生链式反应的条件 裂变反应遵循的规律几个方面分析判断 精讲精析 根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知 裂变时因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 而并非中子的能量 故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 中子进入铀块时 裂变中产生的中子散失到外界 没有足够的中子 则链式反应就不会发生 故B错误 可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的 核子数是不会减少的 因此C错误 重核裂变为中等质量的原子核时 由于平均质量减小 发生质量亏损 从而释放出核能 故D正确 答案 D 方法总结 1 重核发生裂变的条件是 要俘获慢中子 铀块的体积要大于临界体积 2 重核裂变放能的原因是 重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量 解析 选A X原子核中的核子数为 235 1 94 2 140个 B错误 中子数为140 92 38 86个 A正确 裂变时释放能量 出现质量亏损 但是其总质量数是不变的 C D错 已知一个铀235核裂变时能释放200MeV的能量 问1kg铀完全裂变能释放多少能量 相当于多少吨燃烧值为2 94 107J kg的煤所放出的能量 思路点拨 解答本题可按以下思维过程进行 答案 8 2 1013J2789t 方法总结 在计算裂变反应中释放的核能相当于多少煤 或某一时间用多少核燃料等的有关问题时 一般地根据核反应方程求出一个铀核裂变时发生的质量亏损 根据质能方程计算出释放的能量 然后由阿伏伽德罗常量计算某质量的铀核总共释放的能量 相当于多少其他燃料释放的能量等 在计算过程中要注意统一单位 变式训练2在其他能源中 核能具有能量密度大 地区适应性强的优势 在核电站中 核反应堆释放的核能被转化为电能 核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应 释放出大量核能 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全