【最新】2018-2019学年高中物理粤教版物理选修3-5课件：第4.5裂变和聚变
粤教版高中物理选修3-5课件 裂变和聚变课件4
本 (3)由质能方程 ΔE＝Δmc2 得每秒减少的质量
学 案 栏
Δm＝ΔcE2 ＝33.8××11008226
kg＝4.2×109 kg.
目 开
答案
(1)411H→42He＋2＋10e
关
(2)24.78 MeV
(3)4.2×109 kg
学习探究区
本 学 案 栏 目 开 关
学案5、6、7
自我检测区
学案5、6、7
学案 5 裂变和聚变
学案 6 核能利用
学案 7 小粒子与大宇宙(略)
本 学
[学习目标定位]
案 栏
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.
目 开
2.掌握核聚变的定义及发生条件.
关 3.会判断和书写核裂变和核聚变方程，能计算核反应释放的能量.
4.了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知
＝Δm×__9_3_1_._5__ MeV 计算核能．
知识储备区
学案5、6、7
3．重核的裂变
(1) 核 裂 变 ： 重 核 被 中 子 轰 击 后 分 裂 成 两 个 质 量 差 不 多 的
__较__轻__原___子__核___，并放出__核___能___的过程．
本 (2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多
关
样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的
分裂成多块，并放出 2～3 个中子，铀 235 受中子的轰击时，裂
变的概率大，而铀 238 只有俘获能量在 1 MeV 以上的中子才能
引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积
超过临界体积，故 B、C 正确．
自我检测区
学案5、6、7
粤教版高中物理选修3-5课件第四章第五节第六节核能利用
(4)保护法：反应堆外层是很厚的水泥墙，可防止射线辐射 出去．
(5)热交换器：靠水和液态金属钠在反应堆内外的循环流 动，把产生的热量传输出去．
2．核电站的优点：消耗“燃料”少，核燃料在地球上可采 储量大，对环境污染比发电站要小．
知识点 2 链式反应 1．链式反应：一般来说，铀核裂变时总要释放 2～3 个中 子，这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变便一直进行 下去，直到所有的铀核全部裂变为止，这样的反应叫做链式反 应．
2．发生链式反应的条件 (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．
高中物理课件
（金戈铁骑 整理制作）
第五节 裂变和聚变 第六节 核能利用
知识点 1 核裂变 1．铀核裂变的发现：1939 年 12 月，德国物理学家哈恩和 他的助手发现中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的 利用迈进了一步．
2．裂变的多样性：如钡、氪、锑、铌、锶等．
典型的核反应方程： (1)29325U＋10n→15461Ba＋9326Kr＋310n； (2)29325U＋10n→15346Xe＋9308Sr＋1010n. 3．裂变的解释：当中子进入铀 235 后，便形成了处于激发 态的复核，复核中由于核子激烈运动，使核变成不规则形状， ___核__子__间__距__离__增__大__，因而__核__力__迅__速__减__弱___，使得核由于质子 间的斥力作用而不能恢复原状，这样就会裂成几块，同时放出 2～3 个中子．
【例题】(双选)关于聚变反应下列说法正确的是( BD ) A． 要使核发生聚变，必须使他们接近到 10-10m，也就 是近到核力能够发生作用的范围 B． 要使聚变反应发生，通常要进行加热，使物质达到几 百万摄氏度的高温 C． 任何原子核都可能发生聚变反应 D．32He＋21H→42He＋11H 是聚变反应 解析：核力发生作用的范围是 10－15 m，要使核发生聚变， 必须使核间距离接近这个值，为克服强大的排斥力，要使核具 有很大的动能，采取给物质加热，使其达到几百万摄氏度．
2018-2019学年粤教版选修3-5第4章第五节裂变和聚变学案
第五节 裂变和聚变释放出的能量．一、核裂变与链式反应1．核裂变：______分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应．2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能____进行下去，源源不断地将____释放出来．3．铀235与铀238比较（1）天然铀储量：铀238占99.3%，铀235占0.7%． （2）与中子的作用特点①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率____．②铀238只有俘获能量____1 MeV 的中子才可能发生裂变，并且几率____，俘获能量低于1 MeV 的中子时，不发生裂变，而变为铀239．③为使链式反应容易发生，最好选用______． 4．一种典型的裂变反应方程 235 92U ＋10n→8936Kr＋14456Ba ＋________．5．临界体积：能够发生链式反应的铀块的____体积． 预习交流为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？ 二、核聚变与受控热核反应 1．核聚变两个____聚合成一个____的核的反应．2．热核反应物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子与原子完全脱离，这时小部分原子核具有足够的____，能够克服核间的________，在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度，因此聚变反应又叫热核反应．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__________．答案：一、1．重核2．自发核能3．（2）较大大于很小铀2354．310n5．最小预习交流：答案：由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．二、1．轻核较重2．动能库仑斥力3．热核反应堆一、铀核裂变及链式反应1．核子是怎样分裂的？发生链式反应为何会有最小体积呢？2．为什么铀的同位素中铀235最容易发生链式反应？是不是所有的核裂变都能放出核能？（双选）（2011·合肥高二检测）关于重核裂变，以下说法正确的是（）．A．铀核裂变的产物是多种多样的B．铀核裂变时能同时释放出5～8个中子C．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D．能否发生链式反应与铀块的体积无关（1）重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发地产生裂变．（2）用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．①反应特点：重核裂变成中等质量的核．②裂变过程满足质量数和电荷数守恒．③裂变过程中有质量亏损，放出能量．④利用裂变产生的中子轰击其他原子，发生链式反应．二、对核聚变的理解1．（1）从微观和宏观两个角度分析说明核聚变发生的条件是什么？（2）核聚变反应有什么特点？（3）实现热核反应有什么必要性？2．氢弹的原理是怎样的？实现热核反应有没有可能？实现热核反应存在的困难是什么？一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量m H＝1.007 3 u，中子质量m n＝1.008 7 u，氘核质量m＝3.018 0 u．（1）写出聚变方程；（2）求释放出的核能；（3）求平均每个核子释放的能量．1．重核裂变和轻核聚变的主要区别：（1）放能原理不同重核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出的核能；而轻核聚变是两个轻核结合成质量较大的原子核放出的核能．（2）放能多少不同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．（3）可控性不同重核裂变速度比较慢，容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能的．目前，除氢弹外，人们还不能控制轻核聚变．2．可能实现对热核反应的控制方法有：（1）磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置．（2）惯性约束：利用强激光惯性压力约束参加反应的物质．1．有下列核反应：①42He＋2713Al→3015P＋10n②31H＋11H→42He＋γ③19 9F＋11H→16 8O＋42He④235 92U＋10n→8936Kr＋144 56Ba＋310n下列说法错误的是（）．A．①是原子核的人工转变的反应方程式B．②是聚变的核反应方程式C．③是α衰变的反应方程式D．④是裂变的核反应方程式2．（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．同样质量的物质发出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3．已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？4．氘核（21H）和氚核（31H）的核反应方程如下：21H＋31H→42He＋10n，该氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，则反应过程中释放的能量为（）．A．（m1＋m2－m3）c2B．（m1＋m2－m4）c2C．（m1＋m2－m3－m4）c2D．（m3＋m4－m1－m2）c25．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，32He核的质量为3.015 0 u．（1）写出两个氘核聚变成32He的核反应方程．（2）计算上述核反应中释放的核能．（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成32He核和中子的动能各是多少？答案：活动与探究1：1．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，这会造成核子间的距离增大，由于核子间的距离增大，所以核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，就这样裂变会不断地进行下去．原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．2．答案：在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是238 92U，0.7%的是235 92U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同．（1）235 92U俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．（2）238 92U只有在俘获的中子的能量大于1 MeV时才能发生核反应，且裂变的几率较小．对于低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不能引起核反应．故为了使链式反应容易发生，最好用纯度较高的铀235．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，这样的核反应不但不放出能量，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．迁移与应用1：AC 解析：铀核裂变的产物是多种多样的，常见的反应是教材中所见的两个方程，A项正确．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地继续下去，成为链式反应，B项错误，C项正确．如果铀块体积不够大，生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，能否发生链式反应与铀块的体积有关，故D错误．活动与探究2：1．答案：（1）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10－15 m，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库仑斥力．②宏观上：要使原子核具有足够大的动能，就得把它加热到几百万摄氏度的高温．由于发生聚变的温度极高，因此聚变又叫热核反应．（2）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．（3）实现热核反应是有必要的，原因是：由于地球上化石燃料和裂变材料的储量有限，开发聚变能量非常重要，并且是一项十分紧迫的任务．各国科学家都在加紧研究，尽快地在地球上制造出人类自己的“太阳”，缓解甚至消除能源危机的困扰．2．答案：首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．（1）实现热核反应是有可能的，因为地球上储存着丰富的聚变燃料．地球上约有138.6亿亿立方米的水，每升水中含有0.03 g氘，大约有40多亿吨氘．（2）反应中所用的氚可以利用锂来提取，地球上锂的储量有2 000亿吨，用来抽取氚足以满足聚变的需要．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．迁移与应用2：答案：（1）11H＋210n→31H （2）6.24 MeV（3）2.08 MeV解析：（1）聚变方程：11H ＋210n→31H ． （2）质量亏损Δm ＝m H ＋2m n －m ＝（1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0）u ＝0.006 7 u ，释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV． （3）平均每个核子放出的能量为 6.243MeV ＝2.08 MeV ． 当堂检测1．C 解析：我们要对人工转变、聚变、裂变和衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式．2．BD 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．3．答案：0.86 MeV解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1 MeV ．由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：ΔE ＝Δmc 2＝0.215 3×931.5 MeV＝201 MeV铀核中含有235个核子，所以平均每个核子释放的能量为201235MeV ＝0.86 MeV ．4．C 解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m 1＋m 2）－（m 3＋m 4），而不是（m 3＋m 4）－（m 1＋m 2）．此反应的质量亏损为Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝（m 1＋m 2－m 3－m 4）c 2．5．答案：（1）21H ＋21H→32He ＋10n（2）3.26 MeV （3）0.99 MeV 2.97 MeV解析：（1）21H ＋21H→32He ＋10n ．（2）核反应中质量亏损Δm ＝2.013 6 u×2－（3.015 0 u ＋1.008 7 u ）＝0.003 5 u ，释放的核能：ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV ．（3）设32He 核和中子的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m 1v 1－m 2v 2＝0，E k1＋E k2＝2E k0＋ΔE解方程组可得：E k1＝14（2E k0＋ΔE ）＝14×（2×0.35＋3.26）MeV ＝0.99 MeVE k2＝34（2E k0＋ΔE ）＝34×（2×0.35＋3.26）MeV ＝2.97 MeV ．。
高中物理 4.5 裂变和聚变同步备课课件 粤教版选修35
质量较大的核，必须使轻核间的距离达到发生核力的范围，
才能使它们紧密地结合起来，B正确(zhèngquè)，C错误；
栏 目
热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，
链 接
D错．
答案：AB
第二十七页，共29页。
►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( )
栏
目
A．“人造太阳”的核反应方程是
链
接
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＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝12mc2
第二十八页，共29页。
解析： “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程
③热核反应的燃料在地球上储量丰富．
第二十一页，共29页。
(3)热核反应的两种方式：
①爆炸式热核反应；
②受控式热核反应(目前正处于探索、实验阶段)．
栏
3．核聚变与核裂变的区别．
目 链
接
(1)原理不同．
重核的裂变是重核裂变成几个(jǐ ɡè)中等质量的原子核，放 出能量，而聚变是几个(jǐ ɡè)轻核聚变(结合)成一个中等质量 的原子核，放出巨大的能量．
栏
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 目
链
着重要(zhòngyào)的作用，核能的利用还有哪些方面，核能又如 接 何获得呢？
第六页，共29页。
栏 目 链 接
第七页，共29页。
1．两个轻核聚合成一个较重核的反应叫____核__聚，变较重的 核分裂成两个较轻核的反应叫________．核裂变
4.5 裂变和聚变 高二物理同步备课系列(粤教版选修3-5)
氢弹结构图
411H
24He
2
0 1
e
太阳每秒钟辐射出多少能量？ 3.8× 1026 焦
每秒钟太阳的质量减少多少千克？ 4×109 kg
太阳的中心发生核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个天然的的核聚变 过程已经发生了好几十亿年。
五、裂变和聚变
重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反
重核的裂变 应过程. 在裂变的同时,还要放出几个_中___子和大量的
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
12H 12H 23He01n
（2）由题给条件可求得质量亏损为：
Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u ∴释放的核能为
ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV
4. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的 质量为3.853131×10-25 kg，钍核质量为3.786567×10-25 kg，α粒子的质量为6.64672×10-27 kg，在这个衰变过程 中释放出来的能量等于 8.7×10 -13 J（保留两位二位数 字）
链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
放出能量：
235 92
U+
1 0
n
→15461 Ba
+
92 36
Kr
+310
n
在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总
质量，质量亏损：
Δm 0.3578 1027 kg
释放出的能量为： ΔE Δmc2 200MeV
2019学年物理(粤教版)选修3-5课件：第四章第五节裂变和聚变
知识点二 提炼知识
受控热核反应
1．核聚变：比铁轻的两个轻核聚合成一个较重的核 时，会释放出能量来，我们把这种核反应叫核聚变．
2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到 10
－15
m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．由于原子
核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服电 荷之间强大的斥力．这就要使核具有足够的动能，就要给 核加热，物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电 子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的 动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到 可以发生聚变的程度．因此，这种反应又叫作热核反应．
(2)链式反应发生的条件. ①铀块的体积大于临界体积．体积超过临界体积时， 保证中子能够碰到铀核. ②有足够浓度的铀 235. ③有足够数量的慢中子.
5．临界体积． 能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体 积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体 积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过 铀块时碰不到铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反 应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积是( A．用中子轰击 B．保持室温环境，增大压强 C．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温 D．用 γ 光子照射 )
解析： 轻核聚变需要几百万摄氏度以上， 使核子间的 距离达到 10－15 m 以内，发生聚变反应，选项 C 正确． 答案：C
(2)铀 238：只有俘获能量大于 1 MeV 的中子才能发 生裂变，且裂变的几率小．能量低于 1 MeV 的中子只与 铀核发生弹性碰撞，不引起裂变． (3)因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀 235.
4．链式反应． (1)示意图：如图所示．
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第五节 自然界中的守恒定律
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本章小结
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第二章 波粒二象性
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第一节 光电效应
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第二节 光 子
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第一章 碰撞与动能守恒
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第一节 物体的碰撞
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第二节 动量 动量守恒定律
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第三节 动量守恒定律在碰撞中 的应用
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第四节 反冲运动
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第三节 康普顿效应及其解释
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第四节 光的波粒二象性
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第五节 德布罗意波
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0002页 0095页 0162页 0224页 0279页 0352页 0390页 0428页 0472页 0547页 0585页 0647页 0731页 0770页 0846页
第一章 碰撞与动能守恒 第二节 动量 动量守恒定律 第四节 反冲运动 本章小结 第一节 光电效应 第三节 康普顿效应及其解释 第五节 德布罗意波 第三章 原子结构之谜 第二节 原子的结构 第四节 原子的能级结构 第四章 原子核 第二节 核衰变与核反应方程 第四节 核力与结合能 第六节 核能利用 本章小结
2019-2020年新课标粤教版3-5选修三4.5《裂变和聚变》WORD教案2
2019-2020年新课标粤教版3-5选修三4.5《裂变和聚变》WORD教案2三种核弹的异同简单的说，它们的相同之处就在于其破坏威力都来源于某些物质的原子核核能的释放。
本世纪初科学家发现原子核中蕴藏着巨大的能量，人们将这种核能释放，并首先用于军事目的，结果促成了核武器的出现；三种核弹的不同之处在于核能释放的方式不同和破坏杀伤的形式不同。
核能的释放出现在原子核发生转变的过程中，而这种转变可分为重核裂变和氢核聚变两种方式。
一般将核裂变武器称为第一代核武器，实际上就是原子弹；将核聚变武器称为第二代核武器，实际上就是氢弹；将以调整和控制核爆炸能为特点的新一代核武器称为第三代核武器，主要包括增强某一破坏因素的核武器，如中子弹、冲击波弹、感生辐射弹、光辐射弹、电磁脉冲弹以及核定向能武器等。
作为增强的辐射武器，中子弹是目前世界上唯一已实现生产和部署的一种第三代核武器。
原子弹原子弹是利用原子核裂变反应释放出大量能量的原理制成的一种核武器，核装药一般为钚-239、铀-235。
这些物质的原子核在热中子轰击下，分裂为两个或若干个裂片和若干个中子，同时释放出巨大的能量。
新产生的中子又去轰击其它原子核，如此连续发展下去，核分裂的数量就会急剧增加，形成链式反应，仅在百分之几秒内就会出现猛烈爆炸，并放出非常大的能量。
1公斤铀释放出的能量相当于2万吨梯恩梯炸药爆炸时释放出的能量。
原子弹装药分为两块，每块都小于临界质量，因此平时不会发生核反应。
当引爆装置点燃普通炸药时，将两块装药推挤到一起，整体质量便大于临界质量，在中子的轰击下，产生原子核裂变链式反应，随即出现核爆炸。
目前原子弹的威力可达到几万吨到几百万吨梯恩梯当量。
利用铀或钚等易裂变重原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器。
又称裂变弹。
威力通常为几百到几万吨梯恩梯当量，有很大的杀伤破坏力。
可单独配置在不同的投射工具中而成为核导弹。
核航空炸弹、核地雷和核炮弹等，或用作氢弹中的初级(或称“扳机”)，为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。
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一
二
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解析:根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂 变时铀核俘获中子即发生核反应,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收的能量.链式反应是有条件 的,即铀块的体积必须大于其临界体积.如果体积小,中子从铀块中 穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生.在裂变反应中核子 数是不会减少的,
235 92
U+1 0n
1 Xe+90 38 Sr+100 n+ΔE.
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பைடு நூலகம்
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重核的裂变能够自发地进行吗? 答案:重核的裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反 应中,只有达到链式反应所需要的条件时,才会发生核反应.
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【例1】 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 B.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
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(多选)关于铀核裂变,下列说法正确的是( ) 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.铀核裂变时还能同时释放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235 D.铀块的体积对产生链式反应无影响 答案:BC
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1 MeV以上 的中子才能引起裂变,且裂变的概率小,而要引起链式反应,必须使 铀块体积超过临界体积.
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4.链式反应 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 核力迅猛减弱,使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状,这样 就分裂成几块,同时放出 2~3 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,这就叫链式 反应.如图所示.
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5.临界体积 要发生核反应,就必须使中子击中铀核,而核的体积很小,那么在 铀块不太大的情况下,中子通过铀块时,没有碰到铀核而跑到铀块外, 因此,要发生链式反应,铀块的体积必须大于某一值,能发生链式反应 的铀块的最小体积叫作它的临界体积. 6.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于临界体积.体积超过临界体积时,保证中子能 够碰到铀核. (2)有足够浓度的铀 235. (3)有足够数量的慢中子. 一种链式反应的方程:
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一、核裂变与链式反应 1.核裂变:重核分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应. 2.链式反应:一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂 变,让核裂变的过程能自发进行下去,源源不断地将核能释放出来. 3.铀235与铀238比较 (1)天然铀储量:铀238占99.3%,铀235占0.7%. (2)与中子的作用特点 ①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变,而且俘获能量低的 中子发生裂变的几率较大. ②铀238只有俘获能量大于1 MeV的中子才可能发生裂变,并且 几率很小,俘获能量低于1 MeV的中子时,不发生裂变,而变为铀239. ③为使链式反应容易发生,最好选用铀235.
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可见铀核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A、B、C均错误.重核裂变为中等质量的原 子核时,由于平均质量减小,还会再发生质量亏损,从而释放出核能. 综上所述,选项D正确. 答案:D
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第五节 裂变和聚变
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学习 目标
重点 难点
1.知道核裂变和核聚变的概念,知道重核裂变和核聚变 中能释放出巨大的能量. 2.知道什么是链式反应. 3.知道核聚变反应及受控热核反应. 4.会计算重核裂变、轻核聚变过程中释放出的能量. 重点:对链式反应的理解及其释放核能的计算以及核反 应方程式的书写. 难点:聚变核反应的特点,聚变反应的条件及核能的利 用.
92 38 54 235 136 90 1 1 U+ n → Sr + Xe + 1 0 0 38 0 n, 54 92
如
235
U 裂变为
90
Sr 和
136
Xe 的核反应,其核反应方程为
其中各粒子质量分别为 mU=235.043 9 u,mn=1.008 67 u, mSr=89.907 7 u,mXe=135.907 2 u. 质量亏损Δm=(mU+mn)-(mSr+mXe+10mn)≈0.151 0 u
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为了使裂变的链式反应容易进行,一般用高纯度的浓缩铀235,原 因是什么? 答案:由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而 造成链式反应不能持续进行下去,要维持链式反应,就要减少裂变 物质中的杂质,尽量用高纯度浓缩铀.
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二、核聚变与受控热核反应 1.核聚变 两个轻核聚合成一个较重的核的反应. 2.热核反应 物质达到几百万度以上的高温时,原子的核外电子与原子完全脱 离,这时小部分原子核具有足够的动能,能够克服核间的库仑斥力, 在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度,因此聚变反应又叫热核 反应. 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.
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一、核裂变
1.铀核裂变的发现 1939 年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时, 发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步. 2.重核裂变 使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫做重核的裂变. 3.铀核裂变的核反应方程
235 92
U+1 0n
1 Ba+89 Kr+ 3 36 0 n.