还剩52页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套粤教版高中物理选择性必修第三册课时教学课件
成套系列资料，整套一键下载
粤教版 (2019)第五节 裂变和聚变教案配套课件ppt
展开
这是一份粤教版 (2019)第五节 裂变和聚变教案配套课件ppt，共60页。
必备知识·自主预习储备
知识点一 核裂变与链式反应1．原子序数：原子核中的______又称为原子序数．2．核裂变：一个重核分裂成________的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作核裂变．3．核聚变：两个轻核聚合成一个较重的核时，也会释放出能量，我们把这种核反应叫作______．
(2)条件：a．要超过________b．必须存在持续不断的中子．提醒 原子弹是利用铀核的链式反应制造的一种核武器．
3．热核反应实例：在太阳和许多恒星内部都激烈地进行着热核反应．氢弹也是热核反应．提醒 核聚变反应产能效率高、燃料丰富且污染少，因此受控热核反应前景诱人，各国都很重视．
知识点三 核能利用1．热中子反应堆．(1)燃料：铀棒是天然铀或浓缩铀(其中铀235的含量约为3%)(2)慢中子：裂变产生的是速度很大的快中子，不易被铀棒吸收进一步发生反应，因而用石墨、重水等使快中子与其原子核碰撞后，能量减小，变成______，或称为热中子．这种用来使中子减速的物体叫作______．
(3)用镉棒控制核反应速度，这种镉棒易吸收中子，可以改变核反应速度，被称为______．(4)核能转变为热能，被输出的热能可用于发电．(5)在核反应堆的外面用很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来．(6)对放射性的废料处理：装入特制的容器中，埋入深地层．
2．应用：核电站、核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰等．提醒 人类能控制裂变反应速度，不能控制聚变反应速度，因此核电站都是用裂变反应释放能量．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．( )(2)用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．( )(3)利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．( )(4)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应的进行．( )
2．(多选)关于原子核反应堆，下面说法正确的有( )A．镉棒是核燃料，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量
BD [核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则B、D正确，A、C错误．]
关键能力·情境探究达成
考点1 核裂变与链式反应
考点3 重核裂变的应用
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．(1)巨大的核能是从哪里来的？(2)在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？提示：(1)铀核的裂变 (2)不需要
考点1 核裂变与链式反应1．裂变的解释重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小到不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状，最后分裂成两部分，同时放出中子．
且1 u质量对应的能量为931.5 MeV裂变前：m1＝(235.043 9＋1.008 7) u＝236.052 6 u裂变后：m2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7)u＝235.837 3 u质量亏损：Δm＝0.215 3 u．释放能量：ΔE＝0.215 3×931.5 MeV≈200.55 MeV．
3．重核裂变的条件(1)要有足够浓度的铀235．(2)要有足够数量的慢中子．(3)铀块的体积要大于临界体积．
[思路点拨] (1)核反应方程两边质量数、电荷数守恒．(2)利用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．(3)要统一使用国际制单位．
[解析] (1)根据电荷数和质量数守恒，可得Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40质量数A＝236－143－3×1＝90．
[答案] (1)40 90 (2)8.1×1013 J
计算重核裂变释放的核能常用方法(1)根据爱因斯坦质能方程计算．用裂变反应中质量亏损Δm(以千克计)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2．(2)根据1原子质量单位u相当于931.5 MeV能量计算．用裂变反应中质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV．(3)由核能的转化量计算．
[解析] 质量亏损Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－135.907 2 u－89.907 7 u－10×1.008 7 u＝0.150 7 u，由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.150 7×931.5 MeV≈140.38 MeV．
考点2 核聚变的理解1．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)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．(3)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聚变爆炸．(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区别
【典例2】 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．(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量(1 u的质量亏损相当于释放931.5 MeV的能量)；(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？(mp＝1.007 3 u，mHe＝4.002 6 u，me＝0.000 55 u，光速c＝3×108 m/s)
[思路点拨] (1)核反应方程两边电荷数和质量数守恒．(2)用ΔE＝Δmc2求能量．
对核反应的两个认识误区(1)误认为聚变就是裂变的逆反应．产生这种误区的原因是对聚变和裂变的本质没有理解透，裂变时重核分裂成中等核，而聚变是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应．(2)不能正确判断聚变、裂变、衰变及人工转变的方程．核聚变是轻核结合成质量较大的核，也会放出中子；重核裂变时铀核捕获中子裂变为两个或更多个中等质量的核，并放出几个中子；人工核转变常用α粒子或中子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个或几个粒子；衰变是原子核自发地转变为另一种核，并向外辐射出α粒子或β粒子的反应，衰变根据向外辐射粒子的不同分为α衰变和β衰变两种．
[跟进训练]2．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mp＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u(已知1 u质量对应931.5 MeV能量)．(1)写出核聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
[解析] 质量亏损为Δm＝mp＋2mn－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7 u释放的核能为ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV．
[答案] 6.24 MeV
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
[答案] 2.08 MeV
考点3 重核裂变的应用1．核电站发电的主要原理核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．
2．核反应堆——核电站的心脏裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表：
3．核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时，链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
(mU－mBa－mKr－2mn)c2
[思路点拨] (1)根据核反应方程的规律配平核反应方程．(2)要注意效率的应用．
[答案] 1 105 kg
[答案] 2.6×1024 个 1.015 kg
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量B．铀核裂变在自然界中会自发地产生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
AD [根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，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，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确．]
3．如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是( )A．图示装置中进行的核反应类型是核聚变B．要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深C．裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒D．石墨起到降低反应温度的作用
C [题图装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误．]
C [选项A是核聚变反应，反应剧烈，至今可控核聚变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；选项B是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故B错误；选项C是放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C正确；选项D是人工核反应，需要高能α粒子，在月球上不易实现，故D错误．]
[答案] 0.527 kg
回归本节知识，自我完成以下问题：1．写出链式反应的定义及条件？提示：为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应．要超过临界体积且必须存在持续不断的中子．
必备知识·自主预习储备
知识点一 核裂变与链式反应1．原子序数：原子核中的______又称为原子序数．2．核裂变：一个重核分裂成________的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作核裂变．3．核聚变：两个轻核聚合成一个较重的核时，也会释放出能量，我们把这种核反应叫作______．
(2)条件：a．要超过________b．必须存在持续不断的中子．提醒 原子弹是利用铀核的链式反应制造的一种核武器．
3．热核反应实例：在太阳和许多恒星内部都激烈地进行着热核反应．氢弹也是热核反应．提醒 核聚变反应产能效率高、燃料丰富且污染少，因此受控热核反应前景诱人，各国都很重视．
知识点三 核能利用1．热中子反应堆．(1)燃料：铀棒是天然铀或浓缩铀(其中铀235的含量约为3%)(2)慢中子：裂变产生的是速度很大的快中子，不易被铀棒吸收进一步发生反应，因而用石墨、重水等使快中子与其原子核碰撞后，能量减小，变成______，或称为热中子．这种用来使中子减速的物体叫作______．
(3)用镉棒控制核反应速度，这种镉棒易吸收中子，可以改变核反应速度，被称为______．(4)核能转变为热能，被输出的热能可用于发电．(5)在核反应堆的外面用很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来．(6)对放射性的废料处理：装入特制的容器中，埋入深地层．
2．应用：核电站、核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰等．提醒 人类能控制裂变反应速度，不能控制聚变反应速度，因此核电站都是用裂变反应释放能量．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．( )(2)用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．( )(3)利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．( )(4)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应的进行．( )
2．(多选)关于原子核反应堆，下面说法正确的有( )A．镉棒是核燃料，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量
BD [核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则B、D正确，A、C错误．]
关键能力·情境探究达成
考点1 核裂变与链式反应
考点3 重核裂变的应用
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．(1)巨大的核能是从哪里来的？(2)在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？提示：(1)铀核的裂变 (2)不需要
考点1 核裂变与链式反应1．裂变的解释重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小到不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状，最后分裂成两部分，同时放出中子．
且1 u质量对应的能量为931.5 MeV裂变前：m1＝(235.043 9＋1.008 7) u＝236.052 6 u裂变后：m2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7)u＝235.837 3 u质量亏损：Δm＝0.215 3 u．释放能量：ΔE＝0.215 3×931.5 MeV≈200.55 MeV．
3．重核裂变的条件(1)要有足够浓度的铀235．(2)要有足够数量的慢中子．(3)铀块的体积要大于临界体积．
[思路点拨] (1)核反应方程两边质量数、电荷数守恒．(2)利用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．(3)要统一使用国际制单位．
[解析] (1)根据电荷数和质量数守恒，可得Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40质量数A＝236－143－3×1＝90．
[答案] (1)40 90 (2)8.1×1013 J
计算重核裂变释放的核能常用方法(1)根据爱因斯坦质能方程计算．用裂变反应中质量亏损Δm(以千克计)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2．(2)根据1原子质量单位u相当于931.5 MeV能量计算．用裂变反应中质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV．(3)由核能的转化量计算．
[解析] 质量亏损Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－135.907 2 u－89.907 7 u－10×1.008 7 u＝0.150 7 u，由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.150 7×931.5 MeV≈140.38 MeV．
考点2 核聚变的理解1．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)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．(3)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聚变爆炸．(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区别
【典例2】 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．(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量(1 u的质量亏损相当于释放931.5 MeV的能量)；(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？(mp＝1.007 3 u，mHe＝4.002 6 u，me＝0.000 55 u，光速c＝3×108 m/s)
[思路点拨] (1)核反应方程两边电荷数和质量数守恒．(2)用ΔE＝Δmc2求能量．
对核反应的两个认识误区(1)误认为聚变就是裂变的逆反应．产生这种误区的原因是对聚变和裂变的本质没有理解透，裂变时重核分裂成中等核，而聚变是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应．(2)不能正确判断聚变、裂变、衰变及人工转变的方程．核聚变是轻核结合成质量较大的核，也会放出中子；重核裂变时铀核捕获中子裂变为两个或更多个中等质量的核，并放出几个中子；人工核转变常用α粒子或中子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个或几个粒子；衰变是原子核自发地转变为另一种核，并向外辐射出α粒子或β粒子的反应，衰变根据向外辐射粒子的不同分为α衰变和β衰变两种．
[跟进训练]2．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mp＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u(已知1 u质量对应931.5 MeV能量)．(1)写出核聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
[解析] 质量亏损为Δm＝mp＋2mn－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7 u释放的核能为ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV．
[答案] 6.24 MeV
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
[答案] 2.08 MeV
考点3 重核裂变的应用1．核电站发电的主要原理核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．
2．核反应堆——核电站的心脏裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表：
3．核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时，链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
(mU－mBa－mKr－2mn)c2
[思路点拨] (1)根据核反应方程的规律配平核反应方程．(2)要注意效率的应用．
[答案] 1 105 kg
[答案] 2.6×1024 个 1.015 kg
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量B．铀核裂变在自然界中会自发地产生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
AD [根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，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，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确．]
3．如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是( )A．图示装置中进行的核反应类型是核聚变B．要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深C．裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒D．石墨起到降低反应温度的作用
C [题图装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误．]
C [选项A是核聚变反应，反应剧烈，至今可控核聚变反应还处于实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；选项B是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故B错误；选项C是放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C正确；选项D是人工核反应，需要高能α粒子，在月球上不易实现，故D错误．]
[答案] 0.527 kg
回归本节知识，自我完成以下问题：1．写出链式反应的定义及条件？提示：为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应．要超过临界体积且必须存在持续不断的中子．
相关课件
粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 原子的结构授课课件ppt： 这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册<a href="/wl/tb_c4003302_t3/?tag_id=26" target="_blank">第一节 原子的结构授课课件ppt</a>，共52页。PPT课件主要包含了激发态等内容，欢迎下载使用。
选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第五节 裂变和聚变教案配套课件ppt： 这是一份选择性必修 第三册<a href="/wl/tb_c4003306_t3/?tag_id=26" target="_blank">第五章 原子与原子核第五节 裂变和聚变教案配套课件ppt</a>，共60页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，核裂变与链式反应，链式反应，临界体积，中子源，微思考，答案ACD，核聚变与受控热核反应，质量较大，-15m等内容，欢迎下载使用。
粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第一节 原子的结构课前预习ppt课件： 这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第一节 原子的结构课前预习ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了第一节原子的结构，课前•自主预习，嵌在球中，相互作用，偏转情况，绝大多数，极少数，微思考，原子核，全部质量等内容，欢迎下载使用。
