粤教版选修35 裂变和聚变 课件 （共35张）.pptx

第四章 第五节裂变和聚变 学习目标1 知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件 2 掌握核聚变的定义及发生条件 3 会计算裂变 聚变所释放的能量 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核裂变和链式反应 如图1为铀核裂变示意图 答案 图1 1 铀核裂变是如何发生的 答案铀核的裂变 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 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 同时放出中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变反应一代接一代继续下去 形成链式反应 2 铀核裂变在自然界中能自发进行吗 答案重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 在自然界中不会自发地发生 故铀核裂变不会自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 分裂产生更多的中子 这些中子继续与其他铀核发生反应 再引起新的裂变 这样就形成了链式反应 答案 对核裂变和链式反应的理解1 核裂变重核被中子轰击后分裂成两个较轻的核 并放出的过程 2 铀核裂变用轰击铀核时 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 能量 中子 3 链式反应由重核裂变产生的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 4 链式反应的条件 1 铀块的体积或等于临界体积或铀块的质量或等于临界质量 2 有足够数量的中子 中子 大于 大于 慢 判断下列说法的正误 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 中子的速度越快 越容易发生铀核裂变 4 铀核裂变的产物是钡和氪 且固定不变 同时放出三个中子 二 受控热核反应 1 聚变两个轻核结合成质量较大的核 释放出能量的反应 称为核聚变 聚变反应又称为热核反应 2 聚变方程3 聚变发生的条件要使轻核聚变 必须使轻核接近核力发生作用的距离m 这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用 要求使轻核具有足够大的动能 要使原子核具有足够大的动能 有一种方法就是给它们 使物质达到几百万度以上的高温 10 15 加热 判断下列说法的正误 1 核聚变时吸收能量 2 核聚变平均每个核子放出的能量 比裂变反应中平均每个核子放出的能量大 3 轻核聚变比裂变更完全 清洁 4 实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 题型探究 一 核裂变与其释放核能的计算 1 常见的裂变方程 2 链式反应发生的条件 1 铀块的体积大于或等于临界体积 体积超过临界体积时 保证中子能够碰到铀核 2 有足够浓度的铀235 3 有足够数量的慢中子 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200mev估算 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能 裂变时能产生几百万度以上的高温 4 铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应 例1关于重核的裂变 下列说法正确的是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的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少d 重核裂变为中等质量的核时 要发生质量亏损 放出核能 解析 答案 解析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或等于临界体积 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错误 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 例2用中子轰击铀核 其中的一个可能反应是分裂成钡 和氪 两部分 放出3个中子 各个核和中子的质量如下 mu 390 3139 10 27kg mn 1 6749 10 27kg mba 234 0016 10 27kg mkr 152 6047 10 27kg 试写出核反应方程 求出反应中释放的核能 解析 答案 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 3 578 10 28kg 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 e mc2 3 578 10 28 3 108 2j 3 2202 10 11j 二 聚变及释放核能的计算 1 核聚变的特点 1 轻核聚变是放能反应 从平均结合能的图线看 轻核聚变后平均结合能增加 因此聚变反应是一个放能反应 2 在消耗相同质量的核燃料时 轻核聚变比重核裂变释放更多的能量 3 热核反应一旦发生 就不再需要外界给它能量 靠自身产生的热就可以使反应进行下去 4 普遍性 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着 太阳就是一个巨大的热核反应堆 2 核聚变的应用 1 核武器 氢弹 一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置 它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸 2 可控热核反应 目前处于探索阶段 3 重核裂变与轻核聚变的区别 17 6 解析根据质量数和电荷数守恒可得x是 中子 核反应中的质量亏损为 m 2 0141u 3 0161u 4 0026u 1 0087u 0 0189u所以该反应释放出的能量为 e m c2 17 6mev 解析 答案 解析 答案 针对训练 多选 据新华社报道 由我国自行设计 研制的世界第一套全超导核聚变实验装置 又称 人造太阳 已完成了首次工程调试 下列关于 人造太阳 的说法正确的是 c 根据公式e mc2可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量比裂变反应大得多d 根据公式e mc2可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量与裂变反应相同 根据轻核聚变特点 相同质量的核燃料 轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多 故选项c正确 达标检测 a x原子核中含有86个中子b x原子核中含有141个核子c 因为裂变时释放能量 根据e mc2 所以裂变后的总质量数增加d 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量数减少 解析 答案 1 2 3 4 解析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错误 2 多选 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 轻核聚变需要几百万度以上的高温 因此聚变又叫做热核反应c 原子弹爆炸能产生几百万度以上的高温 所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应d 太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应 在地球内部也可自发地进行 1 2 3 4 解析 答案 解析轻核聚变时 要使轻核之间距离达到10 15m 故必须克服库仑斥力做功 a正确 要克服核子间作用力做功 必须使反应的原子核有足够大的动能 方法就是将其加热到几百万度以上的高温 b正确 热核反应必须在几百万度以上的高温下进行 这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得 c正确 在太阳和许多恒星内部都存在热核反应 但在地球内部不会自发地进行 d错 1 2 3 4 a m m1 m2 c2b m m m1 m2 c2c m m1 m2 9m c2d m1 m2 9m m c2 答案 解析 1 2 3 4 解析铀235裂变时的质量亏损 m m m m1 m2 10m m m1 m2 9m 由质能方程可得e mc2 m m1 m2 9m c2 4 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应 这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源 已知质子质量为mh 1 0073u 氦核质量为mhe 4 0015u 正电子质量为me 0 00055u 结果保留两位小数 1u相当于931 5mev的能量 1 写出这个核反应方程 答案 解析 1 2 3 4 2 这一核反应能释放多少能量 答案 解析 1 2 3 4 答案24 78mev 解析反应前的质量m1 4mh 4 1 0073u 4 0292u 反应后的质量m2