2013-2014学年高二物理粤教版选修3-5同步课件：第4章 第5节 裂变和聚变(37张ppt)

第五节裂变和聚变1．知道重核的裂变反应．2．知道链式反应的发生条件，知道原子弹的原理．3．知道轻核的聚变反应，知道氢弹的原理．4．了解受控热核反应及其发展前景．人类对核物理的认识是一个漫长而又曲折的过程，大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等．1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功．从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月．苏联用了4年，美国用了7年．科学是一把双刃剑，既有可怕的一面，又有可用的一面．核能已经在人类现代生活中发挥着重要的作用，核能的利用还有哪些方面，核能又如何获得呢？一、核裂变与链式反应1．比铁轻的两个________聚合成一个较重的核时，会释放出________，这种核反应叫核聚变．同样地，比铁重的________分裂成两个较轻的核时也会释放出________，这种核反应叫核裂变．2．一个原子核裂变后能引发________________的核发生裂变并且让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫链式反应．轻核能量一个核能量一个或一个以上3．临界体积：能够发生链式反应的____________，叫临界体积．二、受控热核反应1．要使轻核聚变，必须使它们接近到________m，这时核力才发生作用，这要克服强大的库仑斥力，需要把它们加热到很高温度，这种反应又叫热核反应．2．热核反应产生的巨大能量在________下逐渐地释放出来并加以利用，称为受控热核反应．人工控制最小体积10－15重核裂变与链式反应重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量的核反应称为裂变．一个原子核裂变后能引发一个或一个以上的核发生裂变并且让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫链式反应．能够发生链式反应的最小体积叫临界体积．不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量．只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量．铀核裂变的一种典型反应．铀核裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是：.235114492192056360UnBaKr3n(双选）关于铀核裂变，下列说法中正确的是()A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B．铀核裂变时可能同时释放2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子时才能引起裂变，且裂变的几率小，要引起链式反应，须使铀块的体积超过临界体积，故选项B、C正确．铀235更容易发生链式反应，要多了解有关链式反应或原子弹爆炸方面的知识，以开拓自己的知识面．答案：BC课堂训练1．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是()A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应解析：铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．答案：D轻核的聚变与受控热核反应比铁轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，会释放出能量的核反应叫核聚变．当物质的温度达几百万摄氏度以上的高温时，可发生聚变，聚变反应又叫热核反应．热核反应方程：.较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大．22423411121120HHHe,HHHen或核聚变发生的条件：(1)微观上参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10－15m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的斥力——库仑力．(2)宏观上要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温．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，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸．聚变与裂变相比有很多优点：(1)轻核聚变产能效率高，如3个氘核聚变中平均每个核子释放的能量约为铀235裂变反应的4倍．(2)地球上聚变燃料的储量丰富，如氘是聚变的一种材料，在覆盖地球表面2/3的海水中是取之不尽的；核裂变的原料较稀缺．(3)轻核聚变反应更为安全、清洁．实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了．另外，氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理．热核反应产生的巨大能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用，称为受控热核反应．一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是，其中氘核的质量：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、1u＝1.6606×10－27kg，e＝1.6022×10－19C，求出该核反应所释放出来的能量．23411120HHHen解析：根据质能方程，释放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(mD＋mT－mα－mn)c2＝eV.＝17.6MeV答案：17.6MeV0.0186×1.6606×10－27×3×10821.6022×10－19课堂训练2．（双选）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是B．“人造太阳”的核反应方程是C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc223411120HHHen235114492192056360UnBaKr3n12解析：“人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为，而B选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为E＝mc2，D错误，故选项A、C正确．答案：AC23411120HHHen1．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下列判断正确的是()A．裂变和聚变过程中都有质量亏损B．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加C．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D．裂变、聚变过程中质量都增加基础达标解析：根据爱因斯坦的质能方程进行判断，人类利用原子能的主要途径是重核裂变和轻核聚变，在这两个过程中有原子能释放，由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可知，在获取能量的同时，质量是减少的，也就是发生质量亏损．所以A选项正确．答案：A2．（双选）关于聚变，以下说法中正确的是()A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A项错误．聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B项正确．裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C错，D正确．答案：BD3．下列说法正确的是()A．铀235只要俘获中子就能进行链式反应B．所有的铀核俘获中子后都能裂变C．太阳不断地向外辐射大量能量，太阳质量应不断减小，日地间距离应不断增大，地球公转速度应不断减小D．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的解析：要发生链式反应必须同时满足三个条件：①必须具有足够纯度的铀235(浓缩铀)；②铀块的体积必须大于或等于临界体积；③要有足够数量的慢中子，所以A错误；并不是所有的铀核都能发生裂变，所以B也是错误的；由于太阳在向外辐射能量的过程中，会出现质量亏损，由万有引力定律可知日地间的引力要减小，所以日地间的距离要不断增大，在向外运动的过程中由于要克服引力做功，故地球的公转速度要不断减小；粒子散射实验证明了原子是有核式结构的，所以D错误．只有C正确．故正确答案为C.答案：C4．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→H＋He.关于He聚变下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用聚变反应发电3232321124232解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应．答案：B5．对于下列三个核反应正确的是()①②③A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变2424011121NaMge,235114192192056360UnBaKr3n,23411120HHHen,解析：当原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变，①为衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫重核裂变，②为裂变；原子序数较小的原子核聚合成原子序数较大的原子核叫轻核聚变，③为聚变，所以C正确．答案：C6．北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术．太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是()A．B．C．D．32411120HHHen14417728NHeO11H235113690192054380UnXeSr10n238234492902UThHe解析：太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应．C项中为裂变，D项中为衰变，均不属聚变反应．故B、C、D不正确．答案：A7．一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少2359210943810223592能力提升解析：由质量数守恒和电荷数守恒知235＋1＝a＋94＋2×1,92＝b＋38解得a＝140，b＝54，其中a为X的质量数，b为X的核电荷数，X核中的中子数为a－b＝140－54＝86，由此可知A正确，B错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C、D均错误．答案：A8．（双选）2009年10月31日8时6分，中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在北京逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是()A．B．C．D．1441717281NHeOH235190136192038540UnSrXe10n238234492902UThHe23411120HHHen解析：“两弹”指原子弹和氢弹，