高中物理 4.5 裂變和聚變課件 粵教版選修3-5.ppt
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,,,高中物理·選修3-5·粵教版,第五節(jié) 裂變和聚變,[目標(biāo)定位] 1.知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件.2.掌握核聚變的定義及發(fā)生條件.3.會計算裂變、聚變所釋放的能量.,一、核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 1.核裂變:____分裂為兩個或兩個以上的較輕質(zhì)量的核的反應(yīng). 2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng):一個核的裂變能夠引發(fā)一個或一個以上的核發(fā)生裂變,讓核裂變的過程能____進行下去,源源不斷地將____釋放出來. 3.鈾235與鈾238比較 (1)天然鈾儲量:鈾238占99.3%.鈾235占0.7%.,重核,自發(fā),核能,(2)與中子的作用特點 ①鈾235俘獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變,而且俘獲能量低的中子發(fā)生裂變的幾率____. ②鈾238只有俘獲能量____ 1 MeV的中子才可能發(fā)生裂變,并且?guī)茁蔩___ ,俘獲能量低于1 MeV的中子時,不發(fā)生裂變,而變?yōu)殁?39. ③為使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好選用_____. 4.一種典型的裂變反應(yīng)方程,較大,大于,很小,鈾235,5.臨界體積:能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的____體積. 二、受控?zé)岷朔磻?yīng) 1.核聚變:輕核結(jié)合成質(zhì)量______核,輕核聚變必須在高溫下進行,因此又叫________. 2.能量變化:輕核聚變后,平均結(jié)合能____ ,反應(yīng)中會____能量. 4.核反應(yīng)條件:必須使它們的距離達到_____m以內(nèi),使核具有足夠的____ ,輕核才能夠發(fā)生聚變.,最小,較大的,熱核反應(yīng),增加,釋放,10-15,動能,5.特點:在消耗相同質(zhì)量的核燃料時,輕核聚變比重核裂變________的能量.熱核反應(yīng)一旦發(fā)生,就不再需要外界給它能量,靠____________就會使反應(yīng)繼續(xù)下去. 6.受控?zé)岷朔磻?yīng):如果要使巨大的熱核反應(yīng)能量不是以爆炸的形式釋放,而是在人工控制下逐漸地釋放出來并加以利用(例如發(fā)電),這稱為受控?zé)岷朔磻?yīng). 7.實現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)的條件 (1)要把熱核燃料加熱到非常高的溫度; (2)要使聚變反應(yīng)維持下去并能加以控制以提供可用的能量; (3)使熱核反應(yīng)釋放的能量足以補償形成聚變過程中所損失的能量,這個條件稱為“點火”條件.,釋放更多,自身產(chǎn)生的熱,一、核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 1.核子受激發(fā):當(dāng)中子進入鈾235后,便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核,復(fù)核中由于核子的激烈運動,使核變成不規(guī)則的形狀. 2.核子分裂:核子間的距離增大,因而核力迅速減弱,使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊,同時放出2~3個中子,這些中子又引起其他鈾核裂變,這樣,裂變就會不斷地進行下去,形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng).,3.能量:鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核,發(fā)生質(zhì)量虧損,所以放出能量.一般來說,平均每個核子放出的能量約為1 MeV,1 kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 800 t優(yōu)質(zhì)煤燃燒時釋放的能量,裂變時能產(chǎn)生幾萬度的高溫. 4.用中子轟擊鈾核時,鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,其中兩種典型的反應(yīng)是:,【例1】 (單選)關(guān)于重核的裂變,下列說法正確的是 ( ) A.核裂變時釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量 B.重核裂變時釋放出大量的能量,產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧 損,所以核子數(shù)減少 C.鈾核自發(fā)放出α粒子、β粒子時要釋放能量,核電站利 用的就是這一能量 D.重核的比結(jié)合能小于中等質(zhì)量核的比結(jié)合能,所以重 核裂變成中等質(zhì)量核時,要放出核能,有質(zhì)量虧損 答案 D,解析 核電站利用的是裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所放出的核能.原子核的衰變以及人工核反應(yīng)也要釋放核能,但天然衰變進行得非常緩慢,放出的能量也很小,人工無法控制,實用價值不大,原子核的人工轉(zhuǎn)變也放出能量,但作為“炮彈”的粒子擊中原子核的機會太少,這種做法得不償失.所以核能的獲取主要是通過裂變或聚變的途徑.比結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時,每個核子平均放出的能量,或原子核拆解成核子時,每個核子平均吸收的能量.重核的比結(jié)合能小于中等質(zhì)量核的比結(jié)合能,即將重核分成核子時比中等質(zhì)量核分成核子時每個核子平均吸收的能量小些,可見,由重核裂變成兩個中等質(zhì)量的核要放出能量,選項D正確;鈾核裂變放出的能量是原子核的核能,而不是中子具有的動能,選項A錯誤;裂變過程遵守質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律,B錯誤;衰變是自發(fā)的現(xiàn)象,鈾核衰變后的新核仍是重核,而核電站利用的是裂變核能,選項C錯誤. 借題發(fā)揮 重核裂變的實質(zhì) (1)重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核,使之分裂成中等質(zhì)量的原子核,同時釋放大量的能量,放出更多的中子的過程. (2)重核的裂變是放能核反應(yīng),原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損,根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小.所以在重核分解為兩個中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量,而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量.,mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg; mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg. 試寫出核反應(yīng)方程,求出反應(yīng)中釋放的核能. 解析 根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒和反應(yīng)中的能量守恒,就可以寫出核反應(yīng)方程. 根據(jù)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損,用愛因斯坦質(zhì)能方程就可求出釋放的核能.,則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為 Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.357 8×10-27 kg. 由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為 ΔE=Δmc2=0.357 8×10-27×(3×108)2 J =3.220 2×10-11 J.,二、核聚變及核能的計算 1.聚變發(fā)生的條件:要使輕核聚變,必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10-15 m,這要克服電荷間強大的斥力作用,要求使輕核具有足夠大的動能.要使原子核具有足夠大的動能,就要給它們加熱,使物質(zhì)達到幾百萬開爾文的高溫. 2.輕核聚變是放能反應(yīng):從比結(jié)合能的圖線看,輕核聚變后比結(jié)合能增加,因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng). 3.聚變方程:,4.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別,反應(yīng) 方式,比較 項目,【例3】 (單選)以下說法正確的是 ( ) A.聚變是裂變的逆反應(yīng) B.如果裂變釋放能量,則聚變反應(yīng)必定吸收能量 C.聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬開爾文以上的高溫,顯 然是吸收能量 D.裂變與聚變均可釋放巨大的能量 答案 D,解析 A選項從形式上看,裂變與聚變似乎是互為逆反應(yīng),但其實不然,因為二者的反應(yīng)物和生成物完全不同.裂變是重核分裂成中等核,而聚變則是輕核聚合成為次輕核,無直接關(guān)聯(lián),并非互為逆反應(yīng);B選項既然裂變與聚變不是互為逆反應(yīng),則在能量流向上也不必相反;C選項要實現(xiàn)聚變反應(yīng),必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近,需要數(shù)百萬開爾文的高溫提供能量.但聚變反應(yīng)一旦實現(xiàn),所釋放的能量遠大于所吸收的能量.因此,總的來說,聚變反應(yīng)還是釋放能量.,【例4】 一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.007 3 u,中子質(zhì)量mn=1.008 7 u,氚核質(zhì)量mT=3.018 0 u.求: (1)寫出聚變方程; (2)釋放出的核能多大? (3)平均每個核子釋放的能量是多大?,,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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