高中物理 5.3 聚变与受控热核反应 5.4核能利用与社会发展精品课件 沪科版选修35.ppt

5 3聚变与受控热核反应5 4核能利用与社会发展 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 5 35 4 课标定位 课标定位 学习目标 1 知道聚变和聚变反应的特点 2 能写出聚变方程并会计算聚变能量 3 了解受控热核反应 4 了解核能的优越性 安全性 废料处理及核能的合理利用 重点难点 发生聚变的条件及聚变的特点 热核反应是怎样发生的 课前自主学案 一 聚变与受控热核反应1 更大的能源宝库使平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核 同时会释放核能 把这种释放核能的反应称为 一个氘核和一个氚核发生聚变核反应 会释放 的能量 平均每个核子释放的能量在3mev以上 海水中含有大量的这种轻核资源 聚变 17 6mev 2 聚变的条件由于这种核反应需在几千万度的高温下进行 因此 聚变又叫 太阳及许多恒星内部都在不断地进行着这种热核反应 3 受控热核反应科学家设想的受控热核反应的两种方案 即 和惯性约束 当前受人青睐的受控热核反应利用的是磁约束 它是一个利用强磁场约束等离子体的环流器 热核反应 磁约束 二 核能利用与社会发展1 核能的优越性 1 核燃料提供的能量巨大 1kg铀全部裂变释放的能量相当于2700t 完全燃烧放出的能量 2 核燃料的储量丰富 1l海水中含有大约0 03g氘 它发生热核反应放出的能量相当于300l 完全燃烧 标准煤 汽油 3 核燃料的运输和储存方便 4 清洁卫生 对环境的污染小 不会排放二氧化碳 氮氧化物等 2 核安全性与核废料处理 1 核电站的安全性能第一道屏障 二氧化铀陶瓷燃料芯块 可以把 以上的裂变产物滞留在芯块内 不向外释放 98 第二道屏障 性能良好的锆合金包壳把燃料芯块密封在其中 保证 良好 第三道屏障 由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界 保证 的完整性 第四道屏障 由安全壳把整个反应堆压力边界内的设备包括在内 能承受事故发生时的压力并保证良好的密封性 密封性 结构 2 核废料的处理能回收利用的进行回收再利用 不能回收的高放射性物质固化后 处理 3 科学家的使命科学家的责任感 曾参与建议美国政府制造原子弹 为此他在后半生常常责备自己 4 为和平而努力近年来 联合国等国际组织先后通过了一系列条约和协定 限制各国制造和使用核武器 埋藏 爱因斯坦 思考感悟在地球上实现受控热核反应的必要性 可能性和困难是什么 提示 随着社会的发展 人类对能源的消耗 依赖越来越大 地球上的能源是有限的 而受控核聚变具有效率高 核心要点突破 3 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 15m 但是原子核是带正电的 要使它们接近10 15m就必须克服电荷间很大的斥力作用 这就要求使核具有足够的动能 要使原子核具有足够大的动能 就要给核加热 使物质达到几千万度的高温 综上所述 核聚变只有在超高温条件下才能发生 二 聚变与裂变的区别重核的裂变 轻核的聚变都能释放出巨大的核能 但两者是有区别的 1 原理不同 2 放出的能量大小不同 3 废料处理难度不同 4 燃料 的丰富程度不同 5 两种反应的可控性不同 特别提醒 可控热核反应 目前正处于探索 实验阶段 即时应用 即时突破 小试牛刀 以下说法正确的是 a 聚变是裂变的逆反应b 如果裂变释放能量 则聚变反应必定吸收能量c 聚变须将反应物加热至数千万度以上的高温 显然是吸收能量d 裂变与聚变均可释放巨大能量 解析 选d a项 从形式上看 裂变与聚变似乎是互为逆反应 但其实不然 因为二者的反应物与生成物完全不同 裂变是重核分裂成中等核 而聚变则是轻核聚合成为次轻核 无直接关联 并非互为逆反应 b项 既然裂变与聚变不是互为逆反应 则在能量流向上也不必相反 c项 诚然要实现聚变反应 必须使参加反应的轻核充分接近 需要数百千度高温提供能量 但聚变反应一旦实现 所释放的能量远大于所吸收的能量 因此 总的来说 聚变反应还是释放能量 故d正确 课堂互动讲练 下列关于聚变的说法中 正确的是 a 要使聚变产生 必须克服库仑斥力做功b 轻核聚变需要几千万摄氏度的高温 因此聚变又叫做热核反应c 原子弹爆炸能产生几千万摄氏度的高温 所以氢弹利用原子弹引发热核反应d 太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应 精讲精析 轻核聚变时 必须使轻核之间距离达到10 15m 所以必须克服库仑斥力做功 a正确 原子核必须有足够的动能 才能使它们接近到核力能发生作用的范围 实验证实 原子核必须处在几千万摄氏度下才有这样的能量 这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得 故b c正确 在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应 d正确 答案 abcd 太阳现正处于主序星演化阶段 它主要是由电子和质子 氦核等原子核组成 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 1030kg 太阳向周围空间辐射能量的总功率为3 8 1026w 思路点拨 解答本题时应把握以下三点 1 写核反应方程时注意元素符号和两个守恒 2 根据质能方程 e mc2 求释放的核能 3 根据质能方程 e mc2和 e pt求亏损的质量 规律总结 轻核聚变跟重核裂变一样 都是释放核能的核反应 计