高中物理 4.5 裂变和聚变同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第四章原子结构之谜第五节裂变和聚变 栏目链接 1 知道重核的裂变反应 2 知道链式反应的发生条件 知道原子弹的原理 3 知道轻核的聚变反应 知道氢弹的原理 4 了解受控热核反应及其发展前景 栏目链接 栏目链接 人类对核物理的认识是一个漫长而又曲折的过程 大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候 美国于1945年8月6日 9日先后在日本的广岛 长崎上空投下了两颗原子弹 刹那间 这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟 大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站 我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等 栏目链接 1967年6月17日 我国第一颗氢弹爆炸成功 从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功 我国仅用了两年零八个月 苏联用了4年 美国用了7年 科学是一把双刃剑 既有可怕的一面 又有可用的一面 核能已经在人类现代生活中发挥着重要的作用 核能的利用还有哪些方面 核能又如何获得呢 栏目链接 栏目链接 1 两个轻核聚合成一个较重核的反应叫 较重的核分裂成两个较轻核的反应叫 2 一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变 让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做 3 为了使铀核裂变时放出的 再引起其他铀核裂变 就可使裂变反应不断地进行下去 形成链式反应 最好是利用 铀块的体积必须大于其 如果体积小 中子从铀块中穿过时 碰不到原子核 链式反应就不会发生 栏目链接 核聚变 核裂变 链式反应 中子 纯铀235 临界体积 栏目链接 4 要使轻核聚变 就必须使轻核接近核力发生作用的距离 m 由于原子核是带正电的 就必须克服电荷间很大的 作用 这就要求使核具有足够的 就要给核力加热 使物质达到 以上的高温 使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度 因此这种反应又叫做 5 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 逐渐地释出来并加以利用 例如发电 这称为 6 太阳辐射能量主要来自太阳内部的 反应 10 15 斥力 动能 几百万度 热核反应 人工控制下 受控热核反应 热核 栏目链接 知识点1核裂变与链式反应 1 核裂变 1 概念 较重的一个核分裂成两个较轻的核时 会释放出能量 这种核反应叫做核裂变 2 铀核裂变分析 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 栏目链接 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 释放出越来越多的核能 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 一般说来 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2800t优质煤燃烧时释放的能量 栏目链接 栏目链接 2 链式反应 1 定义 发生裂变时 为了让核裂变过程自己持续下去 源源不断地将核能释放出来 这样的核反应叫做链式反应 2 示意图 如图所示 栏目链接 3 链式反应发生的条件 1 铀块的体积大于临界体积 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 4 注意 1 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 自然界不会自发地产生 如铀核裂变不能自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 栏目链接 2 重核裂变反应速度很快 不加控制的话 能量在很短的瞬间急剧释放 如果采用其他方法对反应速度加以控制就可以和平地利用这种巨大的核能 核电站就是可控的链式反应 裂变反应中释放出的能量来自于 a 核子消失转化为能量b 原子中电子与原子核的电势能减小c 入射的中子消失转化为能量d 原子核的平均结合能变大 释放出能量 栏目链接 解析 发生核反应过程中 核子数保持守恒 中子未消失 故a c错误 能量来自于原子核内部 因重核在分裂为中等质量的原子核时 平均结合能增加而释放出能量 c错误 d正确 答案 d 栏目链接 课堂训练1 双选 关于铀核裂变 下列说法中正确的是 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 铀核裂变时可能同时释放2 3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 栏目链接 解析 铀核受到中子的轰击 会引起裂变 裂变的产物是各种各样的 具有极大的偶然性 但裂变成两块的情况多 也有的分裂成多块 并放出几个中子 铀235受中子的轰击时 裂变的概率大 且可以俘获各种能量的中子而引起裂变 而铀238只有俘获能量在1mev以上的中子时才能引起裂变 且裂变的几率小 要引起链式反应 须使铀块的体积超过临界体积 故选项b c正确 铀235更容易发生链式反应 要多了解有关链式反应或原子弹爆炸方面的知识 以开拓自己的知识面 答案 bc 栏目链接 知识点2轻核聚合 1 核聚变 1 概念 两个轻核聚合成一个较重的核时 会释放出能量 这种核反应叫做核聚变 2 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10 15m 这要克服电荷间强大的斥力作用 要求使轻核具有足够大的动能 栏目链接 2 热核反应 1 概念 要使轻核聚变 就要求使轻核具有足够大的动能 给轻核加热到很高的温度 当物质达到几百万度以上的高温时 一部分原子核就具有足够的动能而发生聚变 因此核聚变又叫热核反应 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 栏目链接 3 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 3 核聚变与核裂变的区别 1 原理不同 重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核 放出能量 而聚变是几个轻核聚变 结合 成一个中等质量的原子核 放出巨大的能量 栏目链接 2 放出能量的大小不同 重核裂变时 平均每个核子释放的能量约为1兆电子伏 而轻核的聚变 平均每个核子释放出3兆电子伏以上的能量 即聚变比裂变能放出更多的能量 3 废料处理难度不同 裂变产生的废料处理起来比较困难 而热核反应的废料处理要简单得多 栏目链接 4 燃料 的丰富程度不同 热核反应所需要的 燃料 氘在地球上非常丰富 1升海水中大约有0 03克氘 如果用来进行热核反应 放出的能量约和燃烧300升汽油相当 而裂变燃料 铀在地球上储量有限 尤其是用于核裂变的铀235 在铀矿中仅占0 7 相比起来聚变的燃料 氘要丰富得多 我国是一个 贫铀 国家 贮藏量不多 栏目链接 5 两种反应的可控制性不同 裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制 因此 现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量 而聚变反应的可控制性比较困难 世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术 栏目链接 例2 双选 下列说法正确的是 a 聚变反应中有质量亏损 所以必向外界放出能量b 使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到1 10 15m 也就是接近到核力能够发生作用的范围内c 要使核发生聚