【教案】粤教版高中物理选修（3-5）第四章《裂变和聚变核能利用小粒子与大宇宙》学案.docVIP

学案7　小粒子与大宇宙(略) [学习目标定位] 1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件.3.会判断和书写核裂变和核聚变方程，能计算核反应释放的能量.4.了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站工作模式． 1．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒． 2．核能运算：ΔE＝Δmc2. (1)若Δm单位为kg，则ΔE的单位为J； (2)若Δm单位为u，则ΔE的单位为MeV，可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算核能． 3．重核的裂变 (1)核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的较轻原子核，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U＋n→Ba＋Kr＋3n. (3)链式反应：这种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，叫做核裂变的链式反应． (4)链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积． 4．核聚变 (1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变．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，平均结合能增加，反应中会释放能量． (3)核反应举例：H＋H→He＋n＋17.6 MeV. (4)核反应条件：必须使原子核的距离达到10－15 m以内，为达到这么近的距离，一般需要在高温下进行． 5．核能的利用 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)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂； (3)控制棒：利用镉吸收中子的能力很强的特性，在反应堆中采用插入镉棒的方法控制链式反应的速度． (4)冷却系统：利用水或液态的金属钠等流体作为冷却剂，在反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传输出去. 一、核裂变和链式反应 [问题设计] (1)铀核裂变是如何发生的？ (2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？ 答案　(1)铀核的裂变 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2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应． (2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地发生．铀核裂变不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应． [要点提炼] 1．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，其中两种典型的反应是U＋n→Ba＋Kr＋3n；U＋n→Xe＋Sr＋10n. 2．链式反应 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，叫做核裂变的链式反应． 3．链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积． (2)有足够数量的慢中子． 二、裂变过程中核能的分析与计算 [问题设计] 重核裂变为什么能释放核能？人们获得核能的途径有哪些？通过图1说明． 图1 答案　中等质量的原子核的核子的平均质量较小，重核和轻核的核子的平均质量较大．如果原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，会有质量亏损，放出巨大的核能． 获得核能的主要途径：一是重核裂变，二是轻核聚变． [要点提炼] 铀核裂变释放核能的计算 1．首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm. 2．根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能 计算时要注意Δm与ΔE单位的对应关系：若Δm用kg做单位，则ΔE用J做单位；若Δm用u做单位，则ΔE用MeV做单位，1 u相当于931.5 MeV的能量． 3．若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能E＝nΔE. 三、轻核的聚变 1．聚变 两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变．聚变反应又称为热核反应． 2．聚变方程：H＋H→He＋n. 3．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万度以上的高温． 4．重核裂变与轻核聚变的区别 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3～4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 一、对重核裂变的理解及应用 例1　(单选)关于重核的裂