高中物理 第4章 核能 第2讲 核裂变课件 鲁科版选修35.ppt

第4章 核能 第2讲核裂变 目标定位1 知道核裂变的概念以及重核裂变会释放能量 2 知道什么是链式反应以及发生的条件 3 会计算重核裂变过程中释放出的能量 4 知道什么是核反应堆 了解常用裂变反应堆的类型 预习导学梳理 识记 点拨 一 重核的裂变1 定义用中子轰击重核 重核分裂成质量相近的两部分 并释放出的核反应过程叫做核裂变 核裂变释放的能量 称为裂变能 也称为或 能量 核能 原子能 1mev 二 链式反应1 链式反应当一个中子引起一个铀核的裂变后 放出 放出的再引起其他铀核 且能不断地增加 形成链式反应 2 发生条件 1 有持续不断的中子 2 达到体积 2 3个中子 裂变 临界 中子 三 裂变反应堆1 核反应堆用人工的方法控制链式反应的速度 能维持和控制的装置 叫做核反应堆 2 组成核反应堆包括 和等部分 其中堆芯由 和组成 核裂变 堆芯 中子反射层 控制系统 防护层 燃料棒 减速剂 冷却剂 1 燃料 2 减速剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 作减速剂 3 控制棒 为了控制能量释放的速度 就要想办法减少中子的数目 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉的特性 就可以容易地控制链式反应的速度 浓缩铀 石墨 重水 吸收 中子 课堂讲义理解 深化 探究 一 对裂变概念的理解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库仑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 形成链式反应 3 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 一般来说 平均每个核子放出的能量约为1mev 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2000t标准煤完全燃烧时释放的能量 裂变时能产生几万度的高温 4 用中子轰击铀核时 铀核裂变的产物是多种多样的 其中两种典型的反应是 例1关于重核的裂变 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 重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能 所以重核裂变成中等质量核时 要放出核能 有质量亏损 解析重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能 即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些 可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量 选项d正确 铀核裂变放出的能量是原子核的核能 而不是中子具有的动能 选项a错误 裂变过程遵守质量数 电荷数守恒规律 选项b错误 衰变是自发的现象 铀核衰变后的新核仍是重核 而核电站利用的是裂变能 选项c错误 答案d 借题发挥重核裂变的实质 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 根本原因是重核的平均结合能相比中等质量的核的平均结合能要小 所以在重核分解为两个中等质量的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 二 裂变反应中释放核能的计算例2一个铀235原子俘获一个中子后 裂变为氙139和锶94 同时放出三个中子 1 写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能 已知mu 235 04394u mxe 138 91844u msr 93 91557u mn 1 008665u 解析计算重核裂变释放的核能 首先写出正确的裂变方程式 计算出裂变后的质量亏损 m 然后将 m代入爱因斯坦质能方程 e mc2 计算出裂变释放的核能 该反应的质量亏损为 m mu mn mxe msr 3mn 235 04394 1 008665 u 138 91844 93 91557 3 1 008665 u 0 1926u 所以 一个铀核裂变释放的核能为 e 0 1926 931 5mev 179 4mev 答案见解析 2 计算1kg铀完全裂变可释放出的能量 其相当于多少热值为2 93 107j kg的煤完全燃烧时放出的热量 解析1kg铀中含有的铀核数为 1kg铀完全裂变共释放的能量为e n e 2 562 1024 179 4mev 4 60 1026mev 答案见解析 借题发挥裂变过程中质量数守恒 电荷数守恒 由爱因斯坦质能方程得释放的核能 e mc2 铀的摩尔质量为235g mol 1mol铀含6 02 1023个铀核 1kg铀完全裂变可释放的能量 等于各个铀核所释放能量的总和 解析根据反应前后质量数守恒 电荷数守恒 就可以写出核反应方程 根据核反应前后的质量亏损 用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能 则核反应前后的质量亏损为 m mu mn mba mkr 3mn 0 3578 10 27kg 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 e mc2 0 3578 10 27 3 108 2j 3 2202 10 11j 对点练习巩固 应用 反馈 对核裂变的理解1 铀核裂变时 关于产生链式反应的重要因素 下列说法中正确的是 a 铀块的质量是重要因素 与体积无关b 为了使裂变的链式反应容易发生 最好直接利用裂变时产生的中子c 若铀235的体积超过它的临界体积 裂变的链式反应就能够发生d 能否发生链式反应与铀块的质量无关 解析要使铀核裂变产生链式反应 铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量 只要组成铀块的体积小于临界体积 或质量小于临界质量就不会产生链式反应 裂变反应中产生的中子为快中子 这些快中子不能直接引发新的裂变 如果铀块的质量大 则其体积大 若超过临界体积则能够发生链式反应 由此知a b d错误 c正确 答案c 解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出 a对 铀块体积对链式反应的发生有影响 b错 铀核的链式反应可人工控制 c对 铀核的半衰期不会受到环境温度的影响 d错 答案ac 核能的利用和核能的计算3 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 解析镉棒并不能释放中子