高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核4 核裂变与核聚变学案

核裂变与核聚变

【学习目标】

一、知识与技能

1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。

2．知道什么是链式反应。

3．了解核聚变的特点及其条件。

4．了解可控热核反应及其研究和发展。

二、过程与方法

1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。

2．通过自己阅读课本，查阅资料，培养归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。

三、情感、态度与价值观

1．激发热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。

2．认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。

3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

【学习重点】

1．重核裂变的核反应方程式的书写。

2．核聚变的特点和条件。

【学习难点】

核聚变的特点和条件。

【学习过程】

一、核裂变的发现

1．核裂变：重核分裂成质量______________的核，释放出核能的反应，称为裂变。

2．铀核的裂变

用________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___________________________________________。

3．链式反应

（1）由重核裂变产生的________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。

（2）链式反应的条件

①铀块的体积________或等于临界体积或铀块的质量________或等于临界质量。

②有足够数量的______中子。

4．核袭击的防护

（1）核爆炸瞬时效应防护

①利用工事进行掩蔽。

②在开阔地面上的人员，发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。

（2）放射性沾染防护

①避开在沾染区或高照射量率的地区行动。

②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染。

③人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间。

④进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，减少放射性物质在人体内的存留。

二、反应堆与核电站

（1）核电站是利用核能发电，它的核心设施是____________，它主要由以下几部分组成：

①燃料：_______________；

②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用__________、重水或普通水作慢化剂；

③控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉____________的能力很强的特性，控制链式反应的速度。

（2）工作原理

核燃料______________释放能量，使反应区温度升高。

（3）能量输出

利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，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，____________。

三、核聚变

1．两个轻核结____________________________________，这样的反应叫做聚变。

2．聚变方程：___________________________

根据所给数据，计算上面核反应放出的能量：

氘核的质量：mD=2.014102u

氚核的质量：mT=3.016050u

氦核的质量：mα=4.002603u

中子的质量：mn=1.008665u

归纳补充：

（1）氢核聚变反应：__________________________

（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝_________MeV，平均每个核子释放能量3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。

3．聚变条件：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即_______m。

4．实现的方法：

（1）_______________________________________________。

（2）________________________________________________。

5．聚变反应的特点：

聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去。核聚变又叫______________________。

6．实例：

（1）____________________。

（2）____________________。

7．聚变与裂变相比的优点

（1）________________________________________________。

（2）________________________________________________。

（3）________________________________________________。

8．实现核聚变的两种控制方案：

（1）__________________。

（2）__________________。

【练习巩固】

1．关于重核的裂变，以下说法中正确的是（    ）

A．铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块，同时放出几个中子

B．铀235被中子轰击后二者都会发生分裂

C．要使铀块发生链式反应，其体积必须足够大

D．铀235分裂成两个中等质量的核，比结合能减小，放出核能

答案：C

2．现已建成的核电站发电的能量来自于（    ）

A．天然放射性元素衰变放出的能量

B．人工放射性同位素放出的能量

C．重核裂变放出的能量

D．化学反应放出的能量

答案：C

3．关于核聚变，以下说法正确的是（    ）

A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁

B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站

C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-10m以内，核力才能起作用

D．核聚变比核裂变更易控制

答案：A

4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（    ）

A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多

B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大

C．聚变反应中粒子的比结合能变小

D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大

答案：B

5．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（    ）

A．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子

B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子

C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2

D．两个氘核聚变成一个所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2

答案：BD

6．在某些恒星内，3个粒子结合成一个C，C原子的质量是12.0000u，He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相当于931.5MeV，则（     ）

A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.0078u

B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.2948×10-29kg

C．反应过程中放出的能量约为7.266MeV

D．反应过程中放出的能量约为1.16×10-19J

答案：ABC