2019_2020学年高中物理第3章5核裂变学案教科版.docx

5.核裂变学习目标1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量(重点)2.知道什么是链式反应(重点)3.会计算重核裂变过程中释放出的能量(重点)4.知道什么是核反应堆了解常用裂变反应堆的类型(难点)一、核裂变与链式反应1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程2铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是UnBaKr3n.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，这种反应叫核裂变的链式反应4链式反应的条件发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量二、核电站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核反应堆2减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水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，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒4能量输出核燃料裂变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循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电5核污染及防护核废料具有强烈的放射性，并且持续时间非常长为保证核电站的安全，新建的核电站设有核燃料芯块的密封包壳、回路系统的密封设施及核电站的安全壳1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)铀核的裂变是一种天然放射现象()(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去()(3)铀核裂变时能释放出多个中子()(4)核反应堆可以人工控制核反应速度()(5)减速剂的作用使快中子减速变成慢中子()(6)链式反应一旦形成无法进行人工控制()2(多选)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中子从铀块中通过时，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，但核子数不变D重核裂变为中等质量的核时，放出核能CD核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误重核裂变时，核子数守恒，C正确3(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是()A铀棒是核燃料，裂变时释放核能B镉棒的作用是控制反应堆的功率C铀棒的作用是控制反应堆的功率D石墨的作用是吸收中子AB铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确，C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误对铀核裂变和链式反应的分析1铀核的裂变和裂变方程(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或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)常见的裂变方程UnXeSr2n.UnBaKr3n.2链式反应的条件(1)有慢中子轰击(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足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【例1】1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些射线下列关于这个实验的说法中正确的是()A这个实验的核反应方程是UnBaKrnB这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的射线穿透能力极强思路点拨(1)核反应方程必须满足质量数守恒和核电荷数守恒(2)核反应为放能反应时反应前粒子的质量之和一定大于反应后粒子的质量之和D根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：UnBaKr3n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反应中产生的射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确对重核裂变的两点理解(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量1(多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B铀核裂变时还能同时释放23个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238D铀块的体积对产生链式反应无影响BC铀核受到中子的轰击，会引起裂变，放出23个中子，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，A错误，B正确铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，C正确而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D错误核电站的工作原理及核力发电的优点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：部件名称减速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)在核电站中，核反应堆是热源，右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)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)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的升降，就能使反应堆安全正常地工作(3)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，所能提供的能量大(3)对环境的污染要比火力发电小【例2】(多选)如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法正确的是()A铀235容易吸收快中子发生裂变反应B快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应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BC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，即插入得深，吸收得多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误2(多选)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，其优势在于()A核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量B就储能来说，地球上核燃料资源远多于煤炭C核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站D核电站比火电站更容易建造ABC核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，选项A、B、C均正确；核电站的建造难度较大，选项D错误课 堂 小 结知 识 网 络1.核裂变和裂变方程.2.链式反应及反应条件.3.核电站的工作原理及核力发电的优点.1(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A含有的质子数较裂变前重核的质子数不变B含有的中子数较裂变前重核的中子数不变C裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D可能是多种形式的两个核的组合AD由于在裂变反应中吸收一个中子而释放23个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误2一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是UnXeSr10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A(Mm1m2)c2B(Mmm1m2)c2C(Mm1m29m)c2D(m1m29mM)c2C铀235裂变时的质量亏损：mMmm1m210mMm1m29m，由质能方程可得Emc2(M9mm1m2)c2.3用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子各个核和中子的质量如下：mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg；mBa234.001 61027 kg，