2019-2020学年高中物理 第4章 原子核 第5节 裂变和聚变课件 粤教版选修3-5

第五节裂变和聚变 1 2019年启东期末 下列说法正确的是 a 结合能越大原子核一定越稳定b 比结合能越大的原子核越稳定c 核力存在于原子核内任意两个核子之间d 比结合能越大的原子核结合或分解成比结合能小的原子核时释放核能 答案 b 解析 比结合能的大小反映原子核的稳定程度 比结合能越大 原子核越稳定 故a错误 b正确 核力是短程力 只存在于邻近的核子之间 故c错误 比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能 故d错误 3 原子核质量单位为u 1u相当于931 5mev的能量 真空中光速为c 当质量分别为m1和m2的核子结合为质量为m的原子核时释放出的能量是 a m m1 m2 c2b m1 m2 m 931 5jc m1 m2 m c2d m1 m2 m 931 5mev 答案 c 解析 在核能计算时 如果质量的单位是kg 则用 e mc2进行计算 如果质量的单位是u 则利用1u相当于931 5mev的能量 即 e m 931 5mev进行计算 故c正确 a b d错误 一 核裂变与链式反应1 核裂变 分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应 2 链式反应 一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变 让核裂变的过程能 进行下去 源源不断地将 释放出来 重核 自发 核能 3 铀235与铀238比较 1 天然铀储量 铀238占99 3 铀235占0 7 2 与中子的作用特点 铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变 而且俘获能量低的中子发生裂变的几率 铀238只有俘获能量 1mev的中子才可能发生裂变 并且几率 俘获能量低于1mev的中子时 不发生裂变 而变为铀239 为使链式反应容易发生 最好选用 较小 大于 很小 铀235 最小 较大的 热核反应 增加 释放 10 15 动能 5 特点 在消耗相同质量的核燃料时 轻核聚变比重核裂变 的能量 热核反应一旦发生 就不再需要外界给它能量 靠 就会使反应继续下去 6 受控热核反应 如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放 而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用 例如发电 这称为受控热核反应 释放更多 自身产生的热 7 实现受控热核反应的条件 1 要把热核燃料加热到非常高的温度 2 要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量 3 使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量 这个条件称为 点火 条件 核聚变为什么需要在超高温条件下才能发生 答案 使核发生聚变反应 必须使它们接近到10 15m 由于原子核带正电 要使它们接近到这种程度 必须克服电荷之间的很大的斥力作用 这就要使核具有很大的动能才行 当物质达到几百万摄氏度以上的高温时 原子核核外电子已经完全和原子脱离 成为等离子体 这时小部分原子核就有足够的动能克服电荷相互间的库仑斥力 在相互碰撞中接近到可发生聚变反应的距离而发生核反应 1 裂变 用中子轰击某些重核 如铀核 时 发现重核分裂成质量相近的两部分 并释放出能量 这种核反应过程叫做核裂变 2 核能 核裂变释放出的能量称为裂变能 也称核能或原子能 重核的裂变 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 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 质量亏损为 m mu mn msr mxe 10mn 0 1510u 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 答案 d 题后反思 理解和掌握重核能够裂变的条件和能够放出核能的原因 轻核的聚变 2 在高温下 原子已完全电离 形成物质第四态 等离子态 等离子体的密度及维持时间达到一定值时 才能实现聚变 3 热核反应 1 热核反应的两种方式 爆炸式热核反应 受控式热核反应 目前正处于探索 实验阶段 2 热核反应的优点 与裂变相比 产生的能量大 反应后生成的放射性物质易处理 热核反应的燃料在地球上储量丰富 3 实现核聚变的难点地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 为解决这个难题 目前有三种方法对等离子体进行约束 即引力约束 磁约束和惯性约束 例2下列说法正确的是 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百万度以上高温 显然要吸收能量d 裂变与聚变均可释放巨大能量 解析 a选项 从形式上看 裂变与聚变似乎是互为逆反应 但其实不然 因为两者的反应物与生成物全然不同 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选项 既然裂变与聚变不是互为逆反应 则在能量的流向上也不必相反 c选项 要实现聚变反应 必须使参加反应的轻核充分接近 需要数百万度高温 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 总的说来 聚变反应还是释放热量 故d正确