2020-2021高二物理3-5学案：第十九章 第6节 核裂变含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年高二物理人教版选修3-5学案：第十九章第6节核裂变含解析第6节核裂变1．知道什么是核裂变。2．知道链式反应及链式反应的条件。3．会利用质量亏损计算核裂变产生的核能。4．了解核反应的工作原理，知道如何控制核反应的速度。5．了解如何防止核污染。一、重核的裂变1．核裂变：重核分裂成两个质量差不多的eq\o（□,\s\up3(01)）较轻原子核，并放出eq\o（□,\s\up3(02）)核能的过程.2．铀核裂变:用中子轰击铀核时,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eq\o\al（235，92)U＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al（144,56）Ba＋eq\o\al(89，36)Kr＋eq\o（□,\s\up3(03)）3eq\o\al（1,0)n.3．链式反应：这种由重核裂变产生的中子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:发生裂变物质的体积大于或等于eq\o（□，\s\up3（04))临界体积或裂变物质的质量大于或等于eq\o(□,\s\up3(05)）临界质量.二、核电站1．核电站:利用核能发电，它的核心设施是eq\o(□，\s\up3(01)）核反应堆，它主要由以下几部分组成：（1)燃料：eq\o(□，\s\up3(02)）铀棒；(2)慢化剂:铀235容易捕获慢中子发生反应，采用eq\o（□,\s\up3(03））石墨、eq\o(□,\s\up3(04）)重水和eq\o（□，\s\up3（05))普通水(也叫轻水)作慢化剂；(3)控制棒：利用镉吸收eq\o(□,\s\up3（06）)中子能力很强的特性，在反应堆中采用插入镉棒的方法控制链式反应的速度；(4）热交换器：利用eq\o(□，\s\up3(07）)水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆中的热量传输出去。2．核辐射的屏蔽:在反应堆的外面需要修建很厚的eq\o（□,\s\up3(08））水泥层；核废料需装入特制的容器，eq\o(□,\s\up3（09）)深埋地下。判一判（1)只要铀块体积大于临界体积就可以发生链式反应。（）(2）核电站应用的是重核裂变获得能量。（)(3)铀核裂变的产物是唯一的.（)（4）在利用重核裂变制成的原子弹中，也需要用镉制成的控制棒.（）提示：（1）√(2)√（3)×(4)×想一想（1)铀核裂变是天然放射现象吗？提示：天然放射现象是指元素自发地放出射线的现象，而裂变是重核在其他粒子轰击下发生的核反应.（2)中子的速度越快越容易发生铀核裂变吗？提示:不是。中子速度不能太快,否则就会与铀核“擦肩而过”，铀核不能俘获中子,也就不能发生裂变了.(3)控制棒如何起到控制核反应速度的作用？提示：控制棒一般由镉制成，镉吸收中子能力很强，当反应过于激烈时,将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子,从而达到减慢核反应速度的目的。相反,如果核反应速度过慢，将镉棒抽出一些.课堂任务重核的裂变1．铀核的裂变和裂变方程(1)原子核受激发:当中子进入铀235原子核后，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。（2)原子核分裂：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或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.(3）常见的裂变方程①eq\o\al(235,92）U＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al（136，54)Xe＋eq\o\al(90,38）Sr＋10eq\o\al（1，0)n②eq\o\al(235，92)U＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al(144，56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1，0)n2．链式反应的条件（1)铀块的体积大于或等于临界体积。（2）铀块的质量大于或等于临界质量.以上两个条件满足一个即可。例1（多选)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2~3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行,最好提纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响（1)链式反应的条件是什么？提示:裂变物质的体积大于或等于临界体积,或质量大于或等于临界质量。(2）裂变遵循的规律是什么？提示：遵循质量数守恒,电荷数守恒。［规范解答]铀核受到中子的轰击，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多，也有的分裂成多块，并放出几个中子,A错误,B正确;较纯铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，C正确;而要引起链式反应,必须使铀块体积达到或超过临界体积，D错误。［完美答案］BC解决裂变问题应注意的几点(1)重核发生裂变的条件:①要俘获慢中子；②铀块的体积要大于或等于临界体积。(2）重核裂变放能的原因是：重核核子的比结合能小于中等核核子的比结合能.(3)裂变遵循质量数守恒、电荷数守恒的规律。eq\a\vs4\al（［变式训练1]）一个eq\o\al（235，92）U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程式为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al（1,0）n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是(）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答案A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.课堂任务核电站1．核心：核电站的核心是核反应堆，其简化示意图如下：各部分的作用如下:（1)铀棒:由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%～4％）制成,它是核反应堆的燃料。（2)石墨(或重水）:石墨（或重水)作为减速剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变。(3)镉棒：主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫做控制棒。（4）混凝土防护层：屏蔽射线防止放射性污染。2．核电站发电的优点（1）消耗的核燃料少:一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30吨左右,而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨。（2）污染小：核电对环境的污染比火电小.例2秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电。发电站的核能来源于eq\o\al（235，92)U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节eq\o\al(235，92)U的体积来控制的B。eq\o\al(235，92)U的一种可能的裂变是eq\o\al(235，92)U＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al（95，38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC。eq\o\al（235,92）U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重（1)反应堆中核反应速度是如何控制的？提示：由控制棒吸收中子的多少进行控制。(2）核电站发电的优点是什么?提示：①消耗的核燃料少。②核燃料在地球上可采，储量大。③对环境污染比火力发电站小。［规范解答]反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒）吸收中子的多少来控制，A错误；eq\o\al（235,92）U裂变有多种可能性,这是其中常见的一种，B正确；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度压强等外界条件无关，C错误；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错误.［完美答案］B关于核电站需要记住的几个要点(1）核反应堆的工作原理和组成。（2)核能的来源。（3）核电站的优缺点.eq\a\vs4\al(［变式训练2]）核反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成（）A．核燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统B．核燃料、减速剂、发热系统、传热系统C．核燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统D．核燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统答案C解析核反应堆里用的核燃料是浓缩铀(铀235占2%～4％)制成的铀棒;铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水），让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子；控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反