人教版 (2019)選擇性必修第三冊(cè)4 核裂變與核聚變課前預(yù)習(xí)課件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

5.4 核裂變與核聚變導(dǎo)入較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢? 裂變:重核分裂成質(zhì)量較小的核，并釋放核能的反應(yīng)。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過條件：每次裂變產(chǎn)生的中子，至少平均有一個(gè)能引發(fā)新的裂變①保證的純度←提純②鈾塊的大小臨界體積:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積相應(yīng)的質(zhì)量：臨界質(zhì)量質(zhì)量數(shù)守恒，電荷守恒如果 1 kg 鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于 2800 t 標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。課堂練習(xí)1、(多選)關(guān)于裂變反應(yīng),下列說(shuō)法正確的是(　　)A.用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變,其一定分裂為質(zhì)量差不多的兩部分B.鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核一定釋放能量C.鈾核發(fā)生裂變時(shí)可能分裂成兩部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)BC解析：用中子轟擊等少數(shù)重核元素才能發(fā)生裂變反應(yīng),鈾核裂變時(shí)可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產(chǎn)生兩部分的概率最大,A、D錯(cuò)誤,C正確;鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)一定釋放能量,B正確。二、反應(yīng)堆與核電站核反應(yīng)堆：人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置吸收中子、控制反應(yīng)速率慢中子(石墨、輕水、重水)(濃縮鈾)核燃料二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)原子彈突襲廣島和長(zhǎng)崎造成了巨大的毀傷。在長(zhǎng)崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多，長(zhǎng)崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37% ；廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%。 2、(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說(shuō)法正確的是(　　 )A.鈾棒是核燃料,裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能解析：鈾棒是核燃料,裂變時(shí)可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng),作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,即控制反應(yīng)堆功率,故B正確;慢中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯(cuò)誤;水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻,控制溫度,故D正確。ABD核聚變：某些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個(gè)較大的原子核的核反應(yīng)三、核聚變思考討論：發(fā)生聚變的條件: 使原子核間的距離達(dá)到 10-15 m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們靠近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力。也就是說(shuō)，原子核要有很大的動(dòng)能才會(huì)“撞”到一起。什么辦法能使大量的原子核獲得足夠的動(dòng)能而發(fā)生核聚變呢？方法:①用加速器加速原子核 ②原子核加熱到很高的溫度108～109K小型原子彈普通炸藥鈾235氘、氚爆炸裂變聚變釋放核能熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比較，具有許多優(yōu)越性1）輕核聚變產(chǎn)能效率高2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富（每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 億億立方米的水，大約有 40 萬(wàn)億噸氘。氚可以利用鋰來(lái)制取，地球上鋰儲(chǔ)量有2000 億噸）3）輕聚變更為安全、清潔（高溫不能維持反應(yīng)就能自動(dòng)終止，聚變產(chǎn)生的氦是沒有放射性的。廢物主要是泄露的氘，高速中子，質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)生成的發(fā)射性物質(zhì)，比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理）1、受控核聚變①難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬(wàn)開爾文的高溫。②方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。磁約束：帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場(chǎng)中會(huì)在洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。2、實(shí)現(xiàn)核聚變的方法慣性約束：由于聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，聚變物質(zhì)因自身的慣性還來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下，可以用激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。四、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 3、關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B.聚變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定比裂變反應(yīng)大C.聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核,故反應(yīng)后質(zhì)量增大解析：在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多,故A錯(cuò)誤;由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大的能量,則比結(jié)合能一定增加,質(zhì)量發(fā)生虧損,故C、D錯(cuò)誤。B拓展提高1、(多選)日本福島第一核電站在地震后,數(shù)秒內(nèi)就將控制棒插入核反應(yīng)堆芯,終止了鈾的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但海嘯摧毀了機(jī)組的冷卻系統(tǒng),因裂變遺留的產(chǎn)物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量,核燃料棒溫度不斷上升,對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害。則下列說(shuō)法正確的是(　　 )A.控制棒通過吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)的控制B.控制棒插入核反應(yīng)堆芯后,被吸收的中子數(shù)量變多C.核裂變遺留物銫、鋇等原子的質(zhì)量可能比鈾原子質(zhì)量大D.核泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)人類是有害的ABD解析：控制棒通過吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)速度的控制,選項(xiàng)A、B正確;泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害,選項(xiàng)D正確;因?yàn)槭呛肆炎兎磻?yīng)且有能量釋放,可知銫、鋇等原子的質(zhì)量比鈾原子質(zhì)量小,故C錯(cuò)誤。2、1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是(　　)B.這是一個(gè)核裂變過程,反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C.這個(gè)反應(yīng)中釋放出來(lái)的能量可以用愛因斯坦的光電效應(yīng)方程來(lái)計(jì)算D.實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng)D解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為 ,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;鈾核裂變過程中產(chǎn)生γ射線,放出能量,發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線,穿透能力極強(qiáng),是能量極高的光子,選項(xiàng)D正確。3、一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073 u,中子質(zhì)量mn=1.0087 u,氚核質(zhì)量mT=3.0180 u。(1)寫出聚變方程;(2)釋放出的核能為多大?(3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大?(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.0067 u,釋放的核能ΔE=Δmc2=0.006 7×931.5 MeV=6.24 MeV。(3)平均每個(gè)核子放出的能量為 MeV=2.08 MeV。課堂總結(jié)核裂變與核聚變核裂變的發(fā)現(xiàn)核聚變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)定義輕核的聚變受控?zé)岷朔磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件板書設(shè)計(jì)核裂變與核聚變核裂變的發(fā)現(xiàn)核聚變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)定義輕核的聚變受控?zé)岷朔磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件作業(yè)布置課后練習(xí)和同步練習(xí)

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