高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变学案 新人教版选修3-5.doc

6核裂变1核裂变(1)核裂变的发现：1939年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。(2)核裂变：使重核分裂成中等质量原子的核反应叫做重核的裂变。(3)铀核裂变的一种核反应方程unbakr3n。(4)核裂变的条件重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，自然界中不会自发地产生。如铀核的裂变要使用中子轰击才能分裂。【例1】 u吸收一个慢中子后，分裂成xe和sr，还放出()a1个粒子 b3个中子c10个中子 d10个质子解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可得解得由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是10。答案：c2链式反应(1)定义：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。如图所示。(2)临界体积要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子通过铀块时，没有碰到铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积。(3)产生条件：裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去：要有足够浓度的铀235；要有足够数量的慢中子；铀块的体积要大于临界体积。【例2】 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23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：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23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。答案：abc3核电站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，把产生的热量输出去。(6)核电站的优点：消耗的“燃料”很少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大；对环境的污染比火电站要小。【例3】 在核反应中，控制铀235核裂变反应速率的方法是()a使用浓缩轴b改变铀块的临界体积c通过自动控制装置，改变使用镉棒插入的深度，以改变反应堆中的中子数目d利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析：核反应堆中核裂变反应速度是通过调节镉棒的深度来改变中子数而实现的。答案：c4核裂变中核能的计算重核裂变释放的核能，在具体的计算中基本上与上一节的相同；仍然从以下三个方面进行。(1)根据爱因斯坦的质能方程计算，用核子结合成原子核的质量亏损(m)的千克数乘以真空中光速的平方(c3108 m/s)，即emc2。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(mev)能量计算，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5 mev，即em931.5 mev。(3)由核能的转化量计算核能。【例4】 已知一个铀235核裂变时能释放200 mev的能量，问1 kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少t热值为2.94107 j/kg的煤所放出的能量？解析：首先求出1 kg铀235中含有的原子核数，然后根据已知条件求解。(1)1 kg铀235中含有的原子核数为6.021023个2.5621024个，每个铀核裂变能放出200 mev的能量，则1 kg铀核裂变能释放e2.5621024200 mev5.12410321.61019 j8.21013 j。(2)与1 kg铀235相当的优质煤的质量m kg2.789106 kg2 789 t。答案：8.21013 j2 789 t5释放核能的核裂变不是所有的核裂变都能放出核能，根据emc2可知，存在质量亏损的核反应才能放出能量。如图是原子核核子的平均质量与原子序数的关系图，由图可知，只有核子的平均质量减小的核反应才能放出核能。而重核裂变为两中等质量的核，其重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量，即核子平均质量减小，所以重核裂变是放能反应。【例5】 关于重核裂变，下列说法正确的是()a核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量b重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少c铀核自发放出粒子、粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量d重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损解析：比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量。重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，由重核裂变