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高中物理4 核裂变与核聚变图片ppt课件
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这是一份高中物理4 核裂变与核聚变图片ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了要点一链式反应，临界质量，要点二核聚变，核聚变，要点三反粒子，反粒子，探究点三核聚变，ABC，夸克模型等内容，欢迎下载使用。
由重核裂变产生的______①使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作__________②。
① 为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子去轰击铀核，这种说法对吗？
提示 不对，铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，因此不能直接使用快中子。
② 为什么说铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去？
提示 铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时就有可能碰不到铀核跑到外面去，链式反应不能继续。
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作________③。
提示 轻核聚变需要的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。所以使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温，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，碰撞时十分接近，发生核聚变。
存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作________④。
④ 随着量子物理学的兴起，越来越多的研究深入到微观世界，让人类有了一个全新的研究方向，比如说“反氢原子”就是其中之一，它也遵循着量子效应，同时也是反物质的一种重要组成形式。请推测反氢原子的结构？
探究点一 核裂变及链式反应
1. 观察铀核裂变示意图
（1） 铀核裂变是如何发生的？
[答案] 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。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） 只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
[答案] 铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。
（3） 铀核裂变在自然界中能自发进行吗？
[答案] 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生。
（4） 重核裂变为什么能释放核能？
[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分裂成原子序数小一些的两个核，会有质量亏损，放出巨大的核能。
1.重核裂变的理解 （1）重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，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，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相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，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。 （3）铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应。
例 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
探究点二 核电站与核反应堆
1. 如图所示为核反应堆示意图：
（1） 铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？如何控制裂变反应的激烈程度？
[答案] 慢中子。当反应过于激烈时，使镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。
（2） 核电站发电有什么优点？
[答案] 核电站发电的优点有：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采，储量大；对环境的污染要比火力发电小。
1.核电站的主要组成及其作用 核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件如表：
（2）控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
（3）冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把热量传输出去，用于发电。 （4）保护层：发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
1. 阅读教材“核聚变”内容，回答以下问题。
（1） 目前人们实现的核聚变是什么？
[答案] 目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸，但这是不可控制的。
（2） 实现热核反应存在的困难是什么？可能实现对热核反应的控制的方法是什么？
[答案] 实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。可能实现对热核反应的控制方法：一是磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。二是惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应。
1.核聚变的特点 （1）从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 （2）在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出更多的能量。 （3）热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 （4）普遍性：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。
2.核聚变的应用 （1）核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
（2）可控热核反应：目前处于探索阶段。
3.重核裂变与轻核聚变的比较
1. （多选）下列关于聚变的说法中正确的是( )A. 要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B. 轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应C. 原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D. 自然界中不存在天然的热核反应
探究点四 “基本”粒子
1.新粒子的发现及特点
2.粒子的分类
1. 关于粒子，下列说法正确的是( )A. 质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷B. 强子都是带电的粒子C. 目前发现的轻子只有8种D. 光子属于轻子
1. 推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、负质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等，电性相反（中子和反中子都不带电）。科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子）。你推测反氦原子的结构可能是( )A. 由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成B. 由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成C. 由两个质子、两个电子和两个中子构成D. 由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的中子构成
[解析] 组成反氦原子的粒子与组成氦原子的粒子应具有相同的质量，相等的电荷量但电性相反，据此分析可知反氦原子可能由两个带负电的质子（反质子）、两个带正电的电子（正电子）和两个不带电的中子构成。
2. （2021广西柳州高三一模）2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是( )A. 核潜艇的核反应也叫热核反应B. 原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量C. 核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度D. 核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能
[解析] 夸克不能以自由的状态单个出现。
[解析] 热核反应是氘和氚发生的聚变。
3. 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法中正确的是( )
A. 铀235容易吸收快中子发生裂变反应B. 快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C. 控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D. 要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
[解析] 在核反应堆中，慢中子容易被铀235俘获发生裂变反应；快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；在核电站中，通过控制棒吸收中子多少来控制反应速度。
4. （2021河北邯郸高三期末）2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，经现场确认，该机组各项技术指标均符合设计要求，机组状态良好，并创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。这标志着中国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，以下关于核能的有关说法正确的是( )A. 华龙一号发电的核能是利用轻核聚变B. 华龙一号发电的核能是利用重核裂变C. 重核裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小D. 轻核聚变过程中释放核能是因为新核核子的平均质量大
[解析] 目前核电站都是利用重核裂变释放的能量，裂变之所以释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能；同理，轻核聚变过程释放能量是因为新核核子的平均质量小于原来核子的平均质量。
5. 对于氢弹的有关描述，下列说法正确的是( )A. 氢弹爆炸的原理是核聚变B. 目前核电站的工作原理与氢弹相同C. 低温能延长放射性元素的半衰期D. 核聚变的主要反应物是高能的质子和电子
[解析] 氢弹爆炸的原理是核聚变，目前核电站的工作原理是核裂变。
[解析] 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放；目前核电站采用重核裂变的方法来发电。
（1） 计算释放出的结合能；
13. （★）太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的。请根据图，判断下列说法正确的是( )
由重核裂变产生的______①使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作__________②。
① 为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子去轰击铀核，这种说法对吗？
提示 不对，铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，因此不能直接使用快中子。
② 为什么说铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去？
提示 铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时就有可能碰不到铀核跑到外面去，链式反应不能继续。
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作________③。
提示 轻核聚变需要的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。所以使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温，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，碰撞时十分接近，发生核聚变。
存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作________④。
④ 随着量子物理学的兴起，越来越多的研究深入到微观世界，让人类有了一个全新的研究方向，比如说“反氢原子”就是其中之一，它也遵循着量子效应，同时也是反物质的一种重要组成形式。请推测反氢原子的结构？
探究点一 核裂变及链式反应
1. 观察铀核裂变示意图
（1） 铀核裂变是如何发生的？
[答案] 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。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） 只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
[答案] 铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。
（3） 铀核裂变在自然界中能自发进行吗？
[答案] 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生。
（4） 重核裂变为什么能释放核能？
[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分裂成原子序数小一些的两个核，会有质量亏损，放出巨大的核能。
1.重核裂变的理解 （1）重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，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，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相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，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。 （3）铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应。
例 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
探究点二 核电站与核反应堆
1. 如图所示为核反应堆示意图：
（1） 铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？如何控制裂变反应的激烈程度？
[答案] 慢中子。当反应过于激烈时，使镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。
（2） 核电站发电有什么优点？
[答案] 核电站发电的优点有：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采，储量大；对环境的污染要比火力发电小。
1.核电站的主要组成及其作用 核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件如表：
（2）控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
（3）冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把热量传输出去，用于发电。 （4）保护层：发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
1. 阅读教材“核聚变”内容，回答以下问题。
（1） 目前人们实现的核聚变是什么？
[答案] 目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸，但这是不可控制的。
（2） 实现热核反应存在的困难是什么？可能实现对热核反应的控制的方法是什么？
[答案] 实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。可能实现对热核反应的控制方法：一是磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。二是惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应。
1.核聚变的特点 （1）从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 （2）在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出更多的能量。 （3）热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 （4）普遍性：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。
2.核聚变的应用 （1）核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
（2）可控热核反应：目前处于探索阶段。
3.重核裂变与轻核聚变的比较
1. （多选）下列关于聚变的说法中正确的是( )A. 要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B. 轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应C. 原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D. 自然界中不存在天然的热核反应
探究点四 “基本”粒子
1.新粒子的发现及特点
2.粒子的分类
1. 关于粒子，下列说法正确的是( )A. 质子的反粒子的电荷量与质子相同，但带的是负电荷B. 强子都是带电的粒子C. 目前发现的轻子只有8种D. 光子属于轻子
1. 推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、负质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等，电性相反（中子和反中子都不带电）。科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子）。你推测反氦原子的结构可能是( )A. 由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成B. 由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成C. 由两个质子、两个电子和两个中子构成D. 由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的中子构成
[解析] 组成反氦原子的粒子与组成氦原子的粒子应具有相同的质量，相等的电荷量但电性相反，据此分析可知反氦原子可能由两个带负电的质子（反质子）、两个带正电的电子（正电子）和两个不带电的中子构成。
2. （2021广西柳州高三一模）2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是( )A. 核潜艇的核反应也叫热核反应B. 原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量C. 核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度D. 核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能
[解析] 夸克不能以自由的状态单个出现。
[解析] 热核反应是氘和氚发生的聚变。
3. 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法中正确的是( )
A. 铀235容易吸收快中子发生裂变反应B. 快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C. 控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D. 要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
[解析] 在核反应堆中，慢中子容易被铀235俘获发生裂变反应；快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；在核电站中，通过控制棒吸收中子多少来控制反应速度。
4. （2021河北邯郸高三期末）2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，经现场确认，该机组各项技术指标均符合设计要求，机组状态良好，并创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。这标志着中国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，以下关于核能的有关说法正确的是( )A. 华龙一号发电的核能是利用轻核聚变B. 华龙一号发电的核能是利用重核裂变C. 重核裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小D. 轻核聚变过程中释放核能是因为新核核子的平均质量大
[解析] 目前核电站都是利用重核裂变释放的能量，裂变之所以释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能；同理，轻核聚变过程释放能量是因为新核核子的平均质量小于原来核子的平均质量。
5. 对于氢弹的有关描述，下列说法正确的是( )A. 氢弹爆炸的原理是核聚变B. 目前核电站的工作原理与氢弹相同C. 低温能延长放射性元素的半衰期D. 核聚变的主要反应物是高能的质子和电子
[解析] 氢弹爆炸的原理是核聚变，目前核电站的工作原理是核裂变。
[解析] 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放；目前核电站采用重核裂变的方法来发电。
（1） 计算释放出的结合能；
13. （★）太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的。请根据图，判断下列说法正确的是( )
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