鲁科版选修35 第四章第2节 核裂变 教案.doc

2核裂变新课标要求（一）知识与技能1了解聚变反应的特点及其条件.2了解可控热核反应及其研究和发展.3知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。2认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。课时安排1 课时教学过程能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性元素的衰变行吗？例如：u238在衰变时放出的粒子具有4.18mev的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。利用人工核转变行吗？例如：但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？那么如何获得核能呢？重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。这节课我们学习核裂变。重核裂变：核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。二、重核裂变1铀核裂变的发现1938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀的裂变。他们在用中子轰击铀核时其产物中发现了钡的放射性同位素，一个月后终于证实，铀核俘获一个中子后，发生了一个重核裂变成两个中等质量的核的反应过程核裂变。2铀核裂变的产物铀核裂变的产物是多种多样的，主要有：氙（xe）和锶(sr)或钡（ba）和氪（kr）或锑（sb）和铌（nb）等，同时放出23个中子。典型的反应如下述核反应方程所示：铀核裂变，一般分裂为两个中等质量的核，叫二分裂；也有三分裂、四分裂现象，我国物理学家钱三强和何泽慧夫妇于1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，但出现三分裂、四分裂现象的概率极低，约为二分裂的千分之三和万分之三。铀核裂变时，释放出巨大的能量，如上述两种裂变中前者释放出141mev的能量，后者释放出201mev的能量。在不同的反应中，铀核释放的能量不同，一般平均每个核子放出的能量约为1mev，如果1kg铀235全部裂变，它放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。3链式反应（1）概念：铀核裂变时，同时又释放出23个中子，如果这些中子再引起其他原子核的裂变，就可使裂变反应不断的自行进行下去，这种反应叫链式反应。如图：（2）影响链式反应的因素铀核的裂变反应的结果中，又释放出23个中子，这些中子又会引起其他原子核的裂变，形成链式反应，使裂变继续下去。当然维持链式反应是要有一定条件的，这个条件是，每次裂变产生的中子，至少平均有一个能再度引起裂变反应。a铀235的纯度核裂变中放出的中子，有的可能被杂质吸收，为维持链式反应要减少裂变物质中的杂质。b铀核的体积核裂变中放出的中子，可能由于铀核的体积不够大，有可能穿出裂变物质体外，因而不能引起新的裂变发生。为维持链式反应要增大裂变物质的体积。能够发生链式反应的铀块的最小体积，叫做临界体积；跟临界体积相对应的质量叫临界质量。纯u235球形的直径约4.8cm就达到了临界体积，其临界质量大约1kg左右。（核反应堆由于堆形不同，临界质量可以从几千克到几百千克）4重核裂变的应用（1）原子弹（2）反应堆利用核能发电的核心设施是核反应堆。核反应堆是用人工控制链式反应的装置，用人工方法控制链式反应速度的原理如p75图2215所示。a铀棒。由浓缩铀制成，作为核燃料。b减速剂：常用的减速剂有石墨、重水等，使裂变中产生的快中子（能量在0.1-20mev，平均约为2mev）减速为慢中子（能量约为 mev），因为铀235裂变需要的是慢中子，只有通过减速，才能维持链式反应的进行。c控制棒：用镉制成，镉吸收中子的能力很强，调节镉棒插入的深度，改变吸收中子的数量，达到控制链式反应速度的目的。d冷却剂，常用水，液体钠等，在反应堆内外循环流动，把反应堆产生的热能传出去用以发电，同时降温，保证反应堆的安全。5增殖反应堆裂变反应堆的常见类型：重水堆，高温气冷堆，快中子增值反应堆核电站的工作模式：一回路系统蒸汽发生器、稳压器、冷却剂、主泵。二回路系统蒸汽驱动汽轮发电系统。核能发电的优点、缺点？优点：污染小；可采储量大；比较经济。缺点：一旦核泄漏会造成严重的核污染；核废料处理困难。点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。补充：了解常用裂变反应堆的类型：秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。例1：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，最好用纯铀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冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的裂变成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，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，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故b、c正确答案bc例2：现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：unndzr3(n)8(e)(1)核反应方程中的是中微子，它不带电，质量数为零试确定生成物锆(zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀(u)核的质量为235.049 3 u，中子质量为1.008 7 u，钕(nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u又知1 u相当于931.5 mev，试计算一次核裂变中释放的核能；(3)试计算1 kg铀235大约能产生的能量解析(1)根据核反应中质量数和电荷数守恒知，锆的电荷数z9260840，质量数a236143390，核反应方程式中应用符号zr表示(2)核反应前后的质量亏损为mmumnmndmzr3mn0.217 4 uemc20.217 4931.5 mev202.508 1 mev(3)1 kg铀235中的铀核数为n6.021023个2.561024个1 kg铀235完全裂变产生的能量ene2.561024202.508 1 mev5.181026 mev8.291013 j答案(1)4090(2)202.508 1 mev(3)5.181026 mev(或8.291013 j)巩固练习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由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能答案d解析根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程因而其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量的链式反应是有条件的，即铀块的体积必须不小于其临界体积如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生在裂变反应中核子数是不会减少的，如u裂变为sr和xe的核反应，其核反应方程为：unsrxe10n其中各粒子质量分别为mu235.043 9 u，mn1.008 67 umsr89.907 7 u，mxe135.907 2 u质量亏损为m(mumn)(msrmxe10mn)0.151 0 u可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项a、b、c均错误重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，还会再发生质量亏损，从而释放出核能综上所述，选项d正确2现已建成的核电站的能量来自于()a天然放射性元素衰变放出的能量b人工放射性同位素放出的能量c重核裂变放出的能量d化学反应放出的能量答案c3下列核反应中，属于核裂变反应的是()a.5bnliheb.uthhec.7nhe8ohd.unbakr3n答案d解析由核裂变反应的特点知，d正确4核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成()a核燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统b核燃料、减速剂、发热系统和传热系统c核燃料、调速剂、碰撞系统和传热系统d核燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统答案a解析核反应堆主要由核燃料、中子