2019高中物理第十九章原子核6核裂变课件新人教版.pptx

1、自主学习基础知识,6 核裂变 学习目标1.知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件(重点)2.了解原子弹的原理以及常用的裂变反应堆的类型(重点)3.知道核电站的工作模式(难点),合作探究重难疑点,课时作业,解题技巧素养培优,1核裂变 重核被_轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出_的过程,中子,核能,3链式反应 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，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的_,链式反应,4链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于_或裂变物质的质量大于_,临界体积,临界质量,1铀核的裂变是一种天然放射现象吗？ 【提示】不是铀核在受到中子轰击后才发生裂变，不

2、是天然放射现象，属于核反应 2铀核裂变的核反应方程是唯一的吗？ 【提示】不是铀核裂变的生成物并不确定，所以其核反应方程不是唯一的,1铀核的裂变是一种天然放射现象( ) 2铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去( ) 3铀核裂变时能释放出多个中子( ),1核能释放的控制 通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为 _ 2慢化剂 反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有_、_和 _,核反应堆,石墨,重水,普通水,3控制棒 为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收_的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入_一些，多吸收一些_，链式反应的速

3、度就会慢一些，这种镉棒叫做_ 4能量输出 核燃料_释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外_，把反应堆内的 _传输出去，用于_,中子,深,中子,控制棒,裂变,循环流动,热量,发电,5核能发电的效益 (1)一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗_左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤_ (2)核电技术已经成熟，在经济效益方面也跟火力发电. (3)作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量所能提供的能量，比煤、石油等所提供的能量大_左右核电对环境的污染比火电小,30吨,250万吨,15倍,6核污染的处理 为阻止_对人体的伤害和_对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面需

4、要修建很厚的_，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的_，需要装入特制容器，_,射线,放射性物质,水泥层,放射性,深埋地下,1核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？ 【提示】控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度,2慢化剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？ 【提示】慢化剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率,1控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的( ) 2核裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的( ) 3核电废料难以处理，对环境

5、的污染比火电大( ),预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中,学生分组探究一对铀核裂变和链式反应的分析 第1步探究分层设问，破解疑难 1为什么铀块的体积小于临界体积时不能发生链式反应？ 【提示】如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说每一代裂变产生的中子数不少于上一代的中子数，裂变反应就能维持下去当铀块的体积过小时，裂变产生的中子有的可能从裂变物质中漏出去，有的可能被杂质吸收，所以链式反应未必能持续下去,2裂变反应发生后，裂变反应物的质量增加还是减小？为什么？ 【提示】减小裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后的质量减小,第2步结论自我总结，素能培养

6、 1铀核的裂变和裂变方程： (1)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 (2)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,2链式反应的条件： (1)铀块的体积大于临界体积 (2)铀块的质量大于临界质量 以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足,3裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 k

7、g铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温 4铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应： 在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同,(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大 (2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.,第3步例证典例印证，思维深化 关于重核

8、的裂变，以下说法正确的是() 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能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少 D重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能,【思路点拨】(1)重核裂变时核能的来源是什么 (2)发生链式反应的条件如何 (3)裂变反应遵循哪些规律,【解析】核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错，D对；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错；重核裂变时，核

9、子数守恒，C错 【答案】D,对重核裂变的两点理解 (1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程,(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量,B这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和 C这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算 D实验中产生的射线，其穿透能力极强,2(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

10、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23个中子 C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238 D铀块的体积对产生链式反应无影响,【解析】铀核受到中子的轰击，会引起裂变，放出23个中子，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，A错误，B正确铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，C正确而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故D错误 【答案】BC,学生分组探究二核电站的工作原理及核力发电的优点 第1步探究分层设问，破解疑难 1原子弹和核电站

11、都利用了重核的裂变，两者有何不同？ 【提示】原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来；而核电站是在人工控制下利用核能来发电，这是核能的和平利用,2核电站是如何控制反应速度的？ 【提示】利用镉棒插入深浅控制中子的数量而达到控制反应速度的目的,第2步结论自我总结，素能培养 1反应堆工作原理：,(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图1961为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围 (2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控

12、制棒控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度,(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面,2核电站发电的优点： (1)消耗的核燃料少 (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大 (3)对环境的污染要比火力发电小,第3步例证典例印证，思维深化 (2014温州检测)在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的

13、优点，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能,第4步巧练精选习题，落实强化 1(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是() 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,【解析】铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应

14、堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D正确 【答案】ABD,2原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成() A原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统 D原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统,【解析】原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占3%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应速度，它是由镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全 【答案】A,核反应中动量和能量的综合问题 在可控核反应堆中，快中子的减速过程及重核的裂变过程常涉及动量守恒定律和能量守恒定律的应用问题，试题难