核裂变与核聚变+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第4节

核裂变与核聚变第五章人教版（2019）选择性必修三CONTENTS目录核裂变的发现01反应堆与核电站02核聚变03学以致用提高练习041945年8月6日美军向日本广岛投放“小男孩”原子弹新课导入知识讲解课堂小结随堂练习布置作业思考与讨论：较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？核电站原子弹新课导入知识讲解课堂小结随堂练习布置作业核子平均质量随电荷数的变化〓聚变〓裂变比结合能大的原子核，其核子平均质量小。核能计算∆E=∆mc2释放核能新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业一、核裂变的发现

1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。哈恩迈特纳1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业2.核裂变的产物多种多样1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。三分裂概率四分裂概率

（最典型的一种核反应方程式）二分裂新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业视频演示：核裂变新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业3.链式反应⑴定义：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且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，这种反应叫核裂变的链式反应。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业（2）临界体积和临界质量：使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。

铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，使链式反应进行下去。

发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业视频演示：链式反应新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业4.核裂变释放大量的能量已知铀核裂变的反应为：(1)求：一个铀核裂变释放的能量。质量亏损：Δm=(mu+mn)-(mBa+mKr+3mn)=0.3578×10－27kg一个铀核裂变释放的能量：∆E=∆mc2=3.2022×10-11J=201MeV(2)求：1kg铀235全部裂变时所释放的能量(3)求：1吨优质煤完全燃烧时释放的能量为E1=

3×1010J,计算1kg铀235全部裂变时所释放的能量相当于多少吨优质煤?新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业

一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业拓展学习-原子弹原子弹是利用重核的裂变反应制成的,高纯度的铀或钚超过临界体积时发生链式反应,在极短时间内能够释放大量核能，发生猛裂爆炸。原子弹的结构有“内爆式”和“枪式”两种。1964年10月16日下午15时，中国第一颗原子弹（内爆式）在新疆罗布泊核武器试验基地爆炸成功。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业“两弹一星”元勋

历史将永远记住他们新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业二、反应堆与核电站

原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就可以为人类的和平建设服务。其实，在第一个原子弹制成以前，科学家们已经实现了核能的可控释放。1942年，美籍意大利物理学家费米就主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。1.反应堆：通过可控制的链式反应来释放核能的装置。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)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。③镉棒：主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。④水泥防护层：屏蔽射线，防止放射性污染。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业反应堆核心设施：浓缩铀制成的铀棒减速剂：石墨、重水或普通水，

用于减小中子的速度。控制棒：镉棒，用于吸收中子，

控制核反应的快慢。“热中子（慢中子）”核反应堆示意图水泥防护层控制棒——镉棒燃料棒—铀棒减速剂新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业2.核电站

第一回路中的水被泵压入反应堆，通过堆芯时核反应放出的热使水的内能增加，水温升高，进入热交换器后，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回反应堆里。在热交换器内，第二回路中的水被加热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染。

为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核反应堆中的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业视频演示：核反应堆新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业三、核聚变1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。

一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍，核反应方程：

其他聚变反应方程:新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业2.核聚变条件：使原子核间的距离达到10-15m(原子核需要很大的动能才会“撞”在一起)3.实现的方法：

⑴用加速器加速原子核⑵对物质加热到很高的温度108～109K4.核聚变应用：氢弹普通炸药Ｕ235氘、氚爆炸裂变聚变

1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功不可控！新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业5.天然核聚变：太阳的核燃烧恒星太阳聚变反应热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。6.核聚变的优点：（1）轻核聚变产能效率高，也就是说，相同质量的核燃料，反应中产生的能量比较多；（2）地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富；（3）轻核聚变更为安全、清洁。7.实现可控核聚变的困难：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业8.解决可控核聚变的两种方案：（1）磁约束：带电粒子运动时，在匀强磁场中会由于洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质，这就是磁约束。（2）惯性约束：利用核聚变物质的惯性进行约束。在惯性约束下，可以用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。由于核聚变反应的时间非常短，被“挤”在一起的核聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。惯性约束示意图新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业视频演示：核聚变新课导入知识讲解随堂练习课堂小结布置作业四、学以致用提高练习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，最好用铀235D.铀块的体积对产生链式反应无影响【答案】BC随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业2.关于核反应堆,下列说法不正确的是()A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能B.镉棒的作用是控制反应堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能【答案】C随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业3.（多选）关于核聚变，下列说法正确的是（）A.两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才放出能量B.同样质量的轻核发生聚变时放出的能量比同样质量的重核裂变时释放的能量大好多倍C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能【答案】BD随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业4.我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在法国巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核物理研究中做出的贡献，这是将中子打入铀核后所发生的核反应，它属于（）A．人工核转变 B．重核的裂变 C．铀核的衰变 D．轻核的聚变【答案】B随堂练习新课导入知识讲解课堂小结布置作业5.关于核反应的相关知识，下列说法错误的是（）A．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，所以辐射强度应严格控制在安全剂量内B．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度C．核反应堆中存在核反应方程为的核反应D．核裂变反应中，反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和【答案】D随堂练习新课导