《2017-2018学年高中物理第十九章原子核6核裂变7核聚变8粒子和宇宙同步备课学案新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理第十九章原子核6核裂变7核聚变8粒子和宇宙同步备课学案新人教版选修3-5（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、16 6 核裂变核裂变 7 7 核聚变核聚变 8 8 粒子和宇宙粒子和宇宙目标定位 1.知道重核的裂变产物和链式反应发生的条件.2.知道核聚变，关注受控聚变反应的研究进展.3.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量一、核裂变一、核裂变1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程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U23592nBaKr3 n.1 01445689361 03链式反应当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变，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
2、生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂变质量大于等于临界质量【深度思考】根据所学知识想一想核裂变反应过程中吸收能量还是放出能量？答案 重核的裂变反应是放出能量的反应，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【例 1】 铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )A铀块的质量是重要因素，与体积无关B为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C若铀 235 的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D能否发生链式反应与铀的质量无关解析 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的
3、体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知 A、B、D 错误，C 正确2答案 C链式反应的条件：(1)铀块的体积大于等于临界体积(2)铀块的质量大于等于临界质量以上两个条件满足一个即可【例 2】 用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两23592144568936部分，放出 3 个中子各个核和中子的质量如下：mU390.313 91027 kg，mn1
4、.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解析 根据反应前、后质量数守恒、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，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能铀核裂变方程为 nUBaKr3 n，1 0235921445689361 0则核反应前、后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn3.5781028 kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为Emc23.5781028(3108)2 J3.220 21011 J.答案 nUBaKr3 n 3.220 2101
5、1 J1 0235921445689361 0核裂变反应同样遵循核反应规律：质量数守恒、电荷数守恒计算放出的能量时用爱因斯坦质能方程求解，Emc2.二、核电站二、核电站 1核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒(2)慢化剂：铀 235 容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度2工作原理核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高33能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内、外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却4核污染
6、的处理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，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下【例 3】 (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，把反应堆内的
7、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核电站的主要部件及作用如下表：部件名称项目 慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀 235 吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染三、核聚变三、核聚变41定义两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的核反应2举例H H He n17.6 MeV2 13 14 21 03条件(1)轻核的距离要达到 1015_m 以内(2)需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应4氢弹原理首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹
8、爆炸产生的高温高压引发热核爆炸5热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆【深度思考】核裂变是一个核分裂为两个核，核聚变是两个核结合成一个核，有人说“聚变就是裂变的逆反应” ，你认为这个说法正确吗？答案 这种说法是错误的，裂变是重核分裂成中等核，而聚变是轻核聚合成为次轻核，两反应无直接关联，并非互为逆反应重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目 重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 34 倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多【
9、例 4】 (多选)下列说法正确的是( )A. H H He n 是聚变2 13 14 21 0B.U nXeSr2 n 是裂变235921 01405494381 0C.RaRn He 是 衰变22688222864 2D.NaMge 是裂变2411241201解析 A 选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故 A 选项正确；B 选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故 B 选项正确；在 C 选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了 粒子，是 衰变，C 选项是正确的；而 D 应是 衰变，故答案为 A、B、C.5答案 A
10、BC主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出 粒子或 粒子(2)人工转变：人工转变常用 粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获 粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子【例 5】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH1.007 3 u，中子质量mn1.008 7 u，氚核质量mT3.018 0 u求：(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？解析 (1)聚变方程 H2 n H.1 11 03 1(
11、2)质量亏损mmH2mnmT(1.007 321.008 73.018 0) u0.006 7 u，释放的核能Emc20.006 7931.5 MeV6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为 MeV2.08 MeV.6.24 3答案 (1) H2 n H1 11 03 1(2)6.24 MeV (3)2.08 MeV四、粒子和宇宙1 “基本粒子”不基本直到 19 世纪末，人们称光子、电子、质子和中子是基本粒子2发现新粒子1932 年发现了正电子，1937 年发现了 子，1947 年发现了 K 介子和 介子及以后的超子等3粒子的分类按照粒子与各种相互作用的不同关系，可以将粒子分为三大类：
12、强子、轻子和媒介子4夸克模型6上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的 或 ，每种夸克都有对应的反夸克2 31 3【例 6】 关于粒子，下列说法正确的是( )A电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B强子都是带电粒子C夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故 A、B 错误夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为e和 ，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故 C 错误，D 正2 3e 3确
13、答案 D1(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为U nBaKr3 n，下列说法正确的有( )235921 01445689361 0A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案 AC解析 从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A 对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B 错；铀核的链式反应可人工控制，C 对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D 错2(对核聚变的理解)(多选)在某次核反应中，1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核，则下列说法中正确的是( )A这
14、是一个聚变反应B核反应方程式为 H H He n2 13 14 21 07C目前核电站都采用上述核反应发电D该核反应没有质量亏损答案 AB解析 1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氮核，反应方程为 H H He n，这是聚变反2 13 14 21 0应故 A、B 正确；目前核电站都采用核裂变发电故 C 错误；该反应放出热量，所以一定有质量亏损故 D 错误3(对核聚变的理解)关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是( )A来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能B来自太阳中碳元素氧化释放的化学能C来自太阳中重元素裂变反应释放的核能D来自太阳中本身贮存的大量内能答案 A解析 太阳的能量来自于太阳内部
15、原子核的聚变，通过聚变可以使太阳表面产生约 6 000 的高温4(核聚变释放核能的计算)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源(已知质子质量为mH1.007 3 u，氦核质量为mHe4.001 5 u，电子质量为me0.000 55 u)(1)写出这个核反应方程(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为 3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？答案 (1)4 H He2e (2)24.78 MeV1 14 201(3)4.22109 kg解析 (1)由题意可得核反应方程应为 4 H He2e.1 14 201(2)反应前的质量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反应后的质量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4.002 6 u，mm1m20.026 6 u，由质能方程得，释放能量 Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV.(3)由质能方程 Emc2得太阳每秒减少的质量m kg4.221
