全优粤教版物理选修3-5课件2019 1 16课件第4章 第5节

1、物理选修3-5配粤教版第五节裂变和聚变配粤教版物理选修3-51(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物理选修3-5配粤教版【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2. 某核反应方程为2H3H4HeX.已知2H的质量为11212.013 6 u，3H 的质

2、量为 3.018 0 u，4He 的质量为 4.002 6 u，X12的质量为 1.008 7 u，则下列说法中正确的是( )AX 是质子，该反应释放能量BX 是中子，该反应释放能量CX 是质子，该反应吸收能量DX 是中子，该反应吸收能量【答案】B 物理选修3-5配粤教版【解析】根据质量数和电荷数守恒：2H3H4H1n，1120所以 X 为中子，在该核反应中质量亏损 m(2.013 6 u3.0180 u)(4.002 6 u1.008 7 u)0.020 3 u0，质量发生亏损，该反应释放能量，所以 B 对3. 原子核质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量

3、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(Mm1m2)c2B(m1m2M)931.5 J C(m1m2M)c2D(m1m2M)931.5 MeV【答案】C【解析】在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用Emc2 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Em931.5MeV进行计算，故C正确A、B、D错误434. 一个铍原子核(7Be)从最靠近核的 K 层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核(7Li)并放出一个不带电的 质量接近于零的中微子 e(质量不变)，人们把这种衰变叫铍核的 E衰变核反应方程为：7Be 0e7Li ，已知

4、一个铍c413e原子质量为 m1，一个锂原子质量为 m2，一个电子质量为 me， 光速为 c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量是( )A(m1m2)c2B(m1mem2)c2 C(m1mem2)c2D(m2m1me)c2【答案】C 【解析】由爱因斯坦质能方程核反应前质量为 m1me，反应后 m2，故释放的能量为(m1mem2)c2，A、B、D 错，C 对一、核裂变与链式反应1. 核裂变： 重核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，让核裂变的过程能地将 核能释放出来自发进行下去，源源不断3铀235与铀238比较(1)天然铀储

5、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只有俘获能量较小大于1MeV的中子才可能发生裂变，并且几率 很小，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 铀 235 物理选修3-5配粤教版4. 一种典型的裂变反应方程235U1n89Kr144Ba41n9203656 0.5. 临界体积：能够发生链式反应的铀块的 最小体积二、受控热核反应1. 核聚变：轻核结合成质量较大的核，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫热核反应2. 能量变化：轻核聚变后，

6、平均结合能增加中会 释放能量，反应234He13核反应举例：1H1H 20n17.6 MeV.4. 核反应条件：必须使它们的距离达到1015m 以内，使核具有足够的 动能，轻核才能够发生聚变物理选修3-5配粤教版5. 特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变 释放更多的能量热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热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物理选修3-5配粤教版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)

7、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 15 m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配粤教版物理选修3-5重核的裂变1. 裂变：用中子轰击某些重核

8、(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 原子能物理选修3-5配粤教版3. 重核裂变模型铀核裂变(1) 铀核裂变：中子碰撞235U 后，将复合成236U 且处在高激92929292发状态，相当于一个高温的液滴.236U 要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核 力迅速减小，不能抵消质子间的库仑斥力而使核恢复原状，236U就分裂成两部分，同时放出中子92(2) 235U 裂变的产物及核反应方程235U 裂变为锶95Sr 和氙139Xe，核反应方程：9238541

9、n235U95Sr139Xe21n.09238540235U 裂变为钡141Ba 和氪92Kr，核反应方程：9256361n235U141Ba92Kr31n.0925636092(3) 235U 裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约 1 MeV.92(4) 在不同的裂变反应中，235U 释放的能量也不同4. 链式反应裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去：(1)要有足够浓度的铀 235； (2)要有足够数量的慢中子；(3)铀块的体积要大于临界体积 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.

10、 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，即铀块的体积必须大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235U 裂变为90Sr 和136Xe 的核反应，其核反应方程为：235U1923854920n90Sr

11、136Xe101n38540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)0.1510u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921. 用中子轰击铀核(235U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141Ba)和氪(92Kr)两部分，放出 3 个中子5

12、636各个核和中子的质量如下：mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg； mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg. 试写出核反应方程，求出反应中释放的核能【答案】1n235U141Ba92Kr31n 3.215 71011 J 09256360【解析】根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能此铀核裂变方程为1n235U141Ba92Kr31n，09256360则核反应前后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn0.357

13、81027 kg. 由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为Emc20.357 81027(2.997 9108)2 J 3.215 71011 J.轻核的聚变1. 聚变反应方程2H3H4He1n.11202. 聚变发生的条件(1) 要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离1015 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近 1015 m 就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求原子核具有足够大的 动能要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使其达 到几百万摄氏度的高温(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

14、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 约束和惯性约束物理选修3-5配粤教版 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正确答案：D物理选修3-5配粤教版【题后反思】聚变就是使原先相距“较远”的核