高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变示范课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变示范课课件ppt，共58页。PPT课件主要包含了核裂变的发现，反应堆与核电站，核聚变，答案铀核的裂变，一代接一代，反应堆，金属钠，核裂变，循环流动，水泥层等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。2.会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能(重难点)。3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
1.核裂变：铀核在被 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。2.铀核裂变
3.链式反应中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应 继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。
4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以_____能量。如果一个铀235核裂变时释放的能量按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于 标准煤完全燃烧时释放的化学能。
1.如图所示为核裂变示意图。(1)重核裂变是一种天然现象吗？
答案　重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
答案　不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于等于临界体积，才会发生链式反应。
2.总结维持链式反应的条件。
答案　(1)铀块的体积大于等于临界体积或铀块的质量大于等于临界质量。(2)有慢中子轰击。(3)有足够浓度的铀235。
　2020年11月27日0时41分，“华龙一号”福清核电站5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为　　　　　　　　　　　则下列叙述正确的是A.裂变后粒子的总核子数减少B.X原子核中含有85个中子C.裂变反应前后质量没有变化D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
核反应过程中，质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92＝x＋38，235＋1＝y＋95＋1×2，解得x＝54，y＝139，所以X原子核中含有中子数为y－x＝85，B正确；裂变释放核能，所以有质量亏损，C错误；裂变释放核能是因为新核的平均结合能比铀核的大，D错误。
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，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，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变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。
　铀核裂变的许多核反应中的其中一个是
答案　200.6 MeV　
裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u。一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107 J/kg)
答案　5.14×1026 MeV　2 797.3 t
1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔEN＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV。设相当于完全燃烧的煤的质量为m，有ΔEN＝qm，
1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是 ，它的主要组成部分：
2.工作原理(1)核燃料发生 释放能量，使反应区温度升高。(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 ，同时也使反应堆冷却。3.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， 。
4.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大，所能提供的能量大。(3)对环境的污染比火力发电小。
　如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测 到大量α粒子B.中子速度越快越容易发生链式反应C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；
利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因生成物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
1.定义：两个 结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。3.条件：使轻核的距离达到 m以内。方法：需要加热到很高的 ，因此核聚变又叫热核反应。4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 成氦核释放的 能。5.人工热核反应的应用——氢弹原理：首先由化学炸药引爆 ，再由 爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
6.核聚变与核裂变的比较(1)优点：①轻核聚变产能 ；②地球上核聚变燃料氘储量 ，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。(2)缺点：核聚变需要的温度太 ，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。科学家提出的解决方案：①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 。②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用高能量密度的 或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。
为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
答案　轻核的聚变反应，是两个轻核结合成质量较大的核，要使得核力发挥作用，必须使核子间的距离达到10－15 m以内；同时由于在此距离时原子核之间的库仑斥力巨大，因而需要核子有很大的动能才能克服，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
　2021年5月28日，在中科院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。下列关于聚变的说法正确的是A.任何两个原子核都可以发生聚变B.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小C.两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小D.核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式
只有两个质量较小的原子核才可以聚变成一个中等质量的原子核，并不是任何两个原子核都可以发生聚变，A错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能方程可知反应会发生质量亏损，两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小，平均结合能增大，B正确，C错误；核聚变的最终产物是氦，无污染，而核裂变产生的固体核废料具有放射性，因此核聚变更加清洁和安全，但是还不是目前利用核能的主要方式，D错误。
　两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 u，氦核质量为4.002 u。(1)写出相应的核反应方程；
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知：阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 ml－1，氘核的摩尔质量为2 g/ml,1 u相当于931.5 MeV的能量(结果保留两位有效数字)。
答案　3.6×1027 MeV
两个氘核结合成一个氦核时释放的能量为ΔE＝(2×2.014 u－4.002 u)×931.5 MeV≈24.22 MeV1 kg氘中含有的氘核数为
1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量为
考点一　重核的裂变及链式反应1.关于重核的裂变，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.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
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发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，故选D。
2.(2022·无锡市高二期中)请根据所学的物理知识猜想核潜艇中核反应方程式是
核潜艇中核反应为链式反应
3.核工厂将核原料(六氟化钠)提炼成核反应材料(二氟化铀)时出现操作失误，工作人员在一个加工炉中投入16 kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是A.临界体积B.临界压强C.临界温度D.由一定的温度、体积和压强共同确定
临界体积是核反应技术中的重要参数。如果核原料(六氟化钠)投入太多，提炼成核反应材料(二氟化铀)，就会超过临界体积，则可产生持续的铀核反应，从而造成了核泄漏，A正确；当铀块达不到其临界体积时，一般情况下，即便压强和温度达到一定值时，也不会发生核反应，不会产生核泄漏，B、C、D错误。
由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，选项A错误；
根据爱因斯坦质能方程知，该反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，选项C正确；
考点二　反应堆与核电站5.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是A.燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B.燃料、减速剂、发热系统和传热系统C.燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D.燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，故A正确，B、C、D错误。
6.核电站利用核能发电，它的核心设备是反应堆，下列说法正确的是A.反应堆是用人工方法控制链式反应速度并获得核能的装置B.目前核电站都是通过聚变反应来利用核能C.控制棒的作用是使中子减速，从而控制链式反应的速度D.通入反应堆中的水起冷却作用和吸收中子的作用
核电站的反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的装置，故A正确；核电站主要利用核裂变的可控链式反应来发电，故B错误；控制棒的作用是控制中子数量，从而控制链式反应的速度，故C错误；冷却剂把反应堆核反应产生的热量传递出去，同时使反应堆冷却，没有起吸收中子的作用，故D错误。
考点三　核聚变7.2020年12月4日，我国自主设计建造的新一代“人造太阳”——中国环流器二号M装置(HL－2M)在成都建成并实现首次放电，标志着中国核聚变发展获得重大突破。关于核聚变和核能，下列说法正确的是A.核聚变通常需要几百万开尔文以上的超高温，又称热核反应B.太阳辐射的能量来源于核聚变，核聚变又称链式反应C.一个氘核和一个氚核聚变的方程为：D.核子平均质量越大，原子核越稳定
当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时接近到10－15 m而发生核聚变，因此，核聚变又叫热核反应，故A正确；太阳辐射的能量来源于核聚变，而链式反应发生在核裂变中，故B错误；该方程不符合质量数守恒和电荷数守恒，故C错误；原子核中核子平均质量越小，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
A.X为质子B.X为电子C.反应前后的质量应满足(m1＋m2)(m3＋m4)，选项C错误；该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，反应中释放的核能为E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项D正确。
A.40 kg B.100 kgC.400 kg D.1 000 kg
A.从铀核裂变的核反应方程看，“传染系数” 为2B.核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数”C.链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3D.核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关
核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，可得R＝3，即从铀核裂变的核反应方程看“传染系数”为3，选项A错误；核反应堆中通过镉棒吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，选项B正确；
在链式反应中，当实际“传染系数”R≥1时，反应才能持续下去，当实际“传染系数”R