鲁科版高中物理选修3-5课件-核裂变课件2.ppt

1、自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练第第2节核裂变节核裂变自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练1知道重核裂变能放出能量，并能计算核能，知道链式知道重核裂变能放出能量，并能计算核能，知道链式 反应反应2知道什么是核裂变知道什么是核裂变3了解铀核的裂变特点了解铀核的裂变特点4了解核电站的工作原理了解核电站的工作原理.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一、重核的的裂变一、重核的的裂变定义：重核用中子轰击，分裂成质量相近的两部分，并定义：重核用中子轰击，分裂成质量相近的两部分，并 释放释放_的

2、核反应过程叫做核裂变，核裂变释放的能的核反应过程叫做核裂变，核裂变释放的能 量，称为裂变能，也称为量，称为裂变能，也称为_或或_核能核能原子能原子能能量能量中子中子自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练二、链式反应二、链式反应链式反应链式反应：由重核裂变产生的：由重核裂变产生的_使裂变反应一代接一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代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应链式反应的条件链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于：发生裂变物质的体积大于等于_ _三、裂变反应堆三、裂变反应堆核反应堆核反应堆：用人工的方法控制链式反应的速度，能维

3、持：用人工的方法控制链式反应的速度，能维持 和控制和控制_的装置，叫做核反应堆的装置，叫做核反应堆组成组成：核反应堆包括：核反应堆包括_、_、_ 和和_等部分其中堆芯又由等部分其中堆芯又由_、_和和 _组成组成临界临界体积体积核裂变核裂变堆芯堆芯中子反射层中子反射层控制系统控制系统防护层防护层燃料棒燃料棒减速剂减速剂冷却剂冷却剂中子中子自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(1)燃料：燃料：_；(2)减速剂：铀减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用容易捕获慢中子发生反应，采用_、_和和_作减速剂；作减速剂；(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法

4、减少中控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉_的特性，就可以容易地控制链式反应的速度的特性，就可以容易地控制链式反应的速度铀棒铀棒石墨石墨重水重水普通水普通水吸收中子强吸收中子强自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练核子受激发核子受激发：当中子进入铀：当中子进入铀235后，便形成了处于激发后，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则的形状核子分裂核子分裂：核子间的距离增大，因

5、而核力迅速减弱，使：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，同时放出得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出23个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能一、铀核的裂变一、铀核的裂变能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量一般说来，平均每个核子放出的能量约为所以放出能量一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV，1 kg铀铀235全部裂变放出的能

6、量相当于全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准标准煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练在天然铀中，主要有两种同位素，在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀的是铀238，0.7%的是铀的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同们和中子发生作用的情况不同因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对

7、点演练课堂对点演练核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：，它的主要部件列表如下：二、核电站二、核电站主要组成主要组成部件名称部件名称慢化剂慢化剂控制棒控制棒热循环介质热循环介质保护层保护层采用采用的的材料材料石墨、重水石墨、重水或普通水或普通水(也叫轻水也叫轻水)镉镉水或液态钠水或液态钠很厚的水很厚的水泥外壳泥外壳作用作用降低中子速降低中子速度，便于铀度，便于铀235吸收吸收吸收中吸收中子，控制子，控制反应速度反应速度把反应堆内把反应堆内的热量传输的热量传输出去出去屏蔽射线屏蔽射线防止放射防止放射性污染性污

8、染自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(1)在核电站中，核反应堆是热源，如图在核电站中，核反应堆是热源，如图421所示为简所示为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀铀235的含量占的含量占2%4%)制成，石墨制成，石墨(重水重水)为慢化剂，使为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围裂变，慢化剂附在铀棒周围反应堆工作原理反应堆工作原理图图421自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练

9、课堂对点演练(2)镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插棒控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作(3)核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液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，把内能传输出态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传

10、输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电发生裂变反应时，去，用于推动蒸汽机，使发电机发电发生裂变反应时，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防止射线辐射到外面自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万万吨优质煤吨优质煤(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大作为核燃料的铀、钍等在地球上

11、可采储量大(3)对环境的污染要比火力发电小对环境的污染要比火力发电小核电站发电的优点核电站发电的优点自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练关于重核的裂变，下列说法正确的是关于重核的裂变，下列说法正确的是 ()A核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏 损，所以核子数减少损，所以核子数减少C铀核自发放出铀核自发放出粒子、粒子、粒子时要释放能量，核电站利粒子时要释放能量，核电站利 用的就是这一能量用的就是这一能量D重核的比结合能

12、小于中等质量核的比结合能，所以重重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重 核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损【典典例例1】对核裂变的理解对核裂变的理解自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解析解析核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能原子核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也

13、放出能量，但作为值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹炮弹”的的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失所以核粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径比结合能是核子能的获取主要是通过裂变或聚变的途径比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量重核的比结合能小于成核子时每个核子平均吸收的能量重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比中等质量中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些

14、，可见由重核核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确铀核正确铀核自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项能，选项A错误裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规错误裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，律，B错误衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是错误衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误错误答案答案D

15、借题发挥借题发挥重核发生裂变的条件是：重核发生裂变的条件是：(1)要俘获慢中子；要俘获慢中子；(2)铀块的体积要大于临界体积铀块的体积要大于临界体积重核裂变放能的原因是：重核核子的平均质量大于中等核重核裂变放能的原因是：重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量核子的平均质量自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练关于重核的裂变，以下说法正确的是关于重核的裂变，以下说法正确的是 ()A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C重核裂变释放出大量能

16、量，产生明显的质量亏损，所重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所 以核子数要减少以核子数要减少D由于重核的核子质量大于中等质量核的核子平均质由于重核的核子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，放出核能损，放出核能解析解析根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子而发生核反应，是核能转化为知，裂变时因铀核俘获中子而发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获

17、中子时吸收的能量链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于收的能量链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于【变式变式1】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练mU235.043 9 u，mn1.008 67 u，mSr89.907 7 u，mXe135.907 2 u，质量亏损为质量亏损为m(mUmn)(mSrmXe10mn)0.150 97 u.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项数是不会减少的，因此选

18、项A、B、C均错重核裂变为中均错重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，会发生质量亏等质量的原子核时，由于平均质量减小，会发生质量亏损，从而释放出核能综上所述，选项损，从而释放出核能综上所述，选项D正确正确答案答案D自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练 原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成置，它主要由四部分组成()A原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统B原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统C原子燃料、减速剂

19、、碰撞系统、传热系统原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统D原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统解析解析原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀铀235占占3%4%)制成的铀棒；铀制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水如石墨、重水、普通水)，让快中，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制【典典例例2】核电站及组成部分的功能核电站及组成部分的功能自主学习自主学习名师

20、解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循组成；冷却系统靠水或液态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，用于发电，同时使环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全反应堆冷却，保证安全答案答案A借题发挥借题发挥核电站的核心是核反应堆，对反应堆的原理和核电站的核心是核反应堆，对反应堆的原理和组

21、成应记牢是解好此类题目的核心组成应记牢是解好此类题目的核心自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练D虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比 火电站严重火电站严重【变式变式2】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练答案答案B自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一个铀一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶和锶94，同时放出三个中子，同时放出三个中子(1)写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核写出核反

22、应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能已知能已知mU235.043 94 u，mXe138.918 44 u，mSr93.915 57 u，mn1.008 665 u.(2)计算计算1 kg铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热值为值为2.93107 J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？的煤完全燃烧时放出的热量？解析解析计算重核裂变释放的核能，首先写出正确的裂变方计算重核裂变释放的核能，首先写出正确的裂变方程式，计算出裂变前后的质量亏损程式，计算出裂变前后的质量亏损m，然后将，然后将m代入爱代入爱因斯坦质能方程因斯坦质能方程Emc2，计算出裂变释放的核能

23、，计算出裂变释放的核能【典典例例3】计算裂变反应中释放的核能计算裂变反应中释放的核能自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(1)核反应方程为核反应方程为该反应的质量亏损为该反应的质量亏损为m(mUmn)(mXemSr3mn)(235.043 941.008 665)u(138.918 4493.915 5731.008 665)u0.192 6 u，所以，一个铀核裂变释放的核能为所以，一个铀核裂变释放的核能为E0.192 6931.5 MeV179.4 MeV.(2)1 kg铀中含有的铀核数为铀中含有的铀核数为1 kg铀完全裂变共释放的能量为铀完全裂变共释放的

24、能量为ENE2.5621024179.4 MeV4.601026 MeV.相当于完全燃烧的煤的质量为相当于完全燃烧的煤的质量为自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练答案答案见解析见解析借题发挥借题发挥裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒由爱因裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒由爱因斯坦质能方程得释放的核能斯坦质能方程得释放的核能Emc2.铀的物质的量为铀的物质的量为235 g/mol，1 mol铀含铀含6.021023个铀核，个铀核，1 kg铀完全裂变铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和自主学习自主学习名师解

25、疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练A(Mm1m2)c2 B(Mmm1m2)c2C(Mm1m29m)c2 D(m1m29mM)c2解析解析铀铀235裂变时的质量亏损为裂变时的质量亏损为mMmm1m210mMm1m29m由质能方程可得由质能方程可得Emc2(Mm1m29m)c2.答案答案C【变式变式3】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练铀核裂变时，关于产生链式反应的重要因素，下列说法中铀核裂变时，关于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是正确的是 ()A铀块的质量是重要因素，与体积无关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

26、易发生，最好直接利用裂变为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变 时产生的中子时产生的中子C若铀若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应 就能够发生就能够发生D能否发生链式反应与铀块的质量无关能否发生链式反应与铀块的质量无关对核裂变的理解对核裂变的理解1自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解析解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于

27、临界质量就不会产生链式反积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则能够发生链式反应，由此知过临界体积则能够发生链式反应，由此知A、B、D错误，错误，C正确正确答案答案C自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源下，核能是一种高效的

28、能源(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳见图道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳见图422(1)结合图结合图422(2)可知，安全壳应当选用的材料是可知，安全壳应当选用的材料是_(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后理方法是将其装入特制的容器中，然后 ()A沉入海底沉入海底 B放至沙漠放至沙漠C运到月球运到月球 D深埋地下深埋地下核电站及组成部分的功能核电站及组成部分的功能2自主学习自主学习名师解

29、疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练图图422自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(3)图图422(3)是用来监测工作人员受到辐射情况的胸是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射当胸章上受到何种辐射当胸章上1 mm铝片和铝片和3 mm铝片下的照相铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图422(2)分析可知工作人员受到了分析可知工作人员受到了_射线的辐射；射线的辐射；当所有照

30、相底片被感光时，工作人员受到了当所有照相底片被感光时，工作人员受到了_射线射线的辐射的辐射答案答案(1)混凝土混凝土(2)D(3)或或和和自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练各个核和中子的质量如下：各个核和中子的质量如下：mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg.mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg.试写出核反应方程，并计算出反应中释放的核能试写出核反应方程，并计算出反应中释放的核能解析解析根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒和反根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量

31、守恒，就可以写出核反应方程应中的能量守恒，就可以写出核反应方程根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能算出释放的核能此铀核裂变方程为此铀核裂变方程为计算裂变反应中释放的核能计算裂变反应中释放的核能3自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练则核反应前后的质量亏损为则核反应前后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn0.357 81027 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为Emc20.357 81027(2.997 9108)2 J3.21011 J.