高中物理 19.6核裂变详解
19.6核裂变
减速剂
慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、 重水或普通水作慢化剂。
核能的和平利用――核电站
思考：在电站工作过程中，能是如何转化的？ 核能→内能→机械能→电能
课堂小结
1、核裂变 2、核裂变的链式反应 3、核电站
请同学们完成可以课后问题 与练习并预习核聚变
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。
二、核电站：是利用可控链式反应释放出能量发电。核 心设备是核反应堆。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。
水泥防护层
控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒
燃料：铀棒 控制棒：镉吸收中子。
反应堆示意图
6 核裂变
一、核裂变：重原子核受到中子的轰击分裂 成两个或两个以上中等质量原子核的现象
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯 曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂 变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和 氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
235 92
U+
1 0
n
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优 质煤完全燃烧时释放的能量。
=
裂变的特点：
1、裂变过程中能放出巨大的能量（200MeV） 2、裂变的同时能放出2到3个（或更多）中子 3、裂变的产物不是唯一的
核裂变的链式反应
由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接 一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
问题：重核的裂变能够自发的进行吗？
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大， 如果铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰 不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续， 只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的 概率打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能 够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体 积。相应的质量叫做临界质量。
19.6 重核的裂变
第六节重核的裂变教学目标：（一）知识与技能1、知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。
2、知道什么是链式反应。
3、会计算重核裂变过程中释放出的能量。
4、知道什么是核反应堆，了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
（二）过程与方法1、通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。
2、通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力。
（三）情感、态度与价值观1、激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。
2、通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。
教学重点：1、链式反应及其释放核能的计算。
2、重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备教学过程：（一）引入新课教师：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。
我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
课件展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。
学生活动：观看原子弹爆炸的过程，并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。
（二）新课教学1、核裂变指导学生阅读课本核裂变部分内容并回答问题：核裂变的特点是什么？ 学生活动：阅读教材，回答问题：重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变。
教师总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
人教版高中物理选修3-5课件第十九章6重核的裂变
质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235
核发生裂变产得的核能ΔE是多少？
（3）假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个 铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在 海上航行一个月需要消耗多少kg轴235？（铀235的摩尔 质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏 加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有 效数字）
提炼知识 1．裂变：重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多 的新原子核，释放出核能的反应． 2．铀核裂变：用中子轰击铀核，铀核发生裂变，铀 核裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是生成钡和 氪，同时放出三个中子．核反应方程式为： 23952U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n.
3．链式反应：当一个中子引发一个铀核裂变后，反 应释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变……，这样 的反应一代接一代进行下去的过程，叫作裂变的链式反 应．
第十九章 原子核
6 重核的裂变
学习目标
1.知道什么是核裂变． 2．知道链式反应，并能计算核裂 变释放的核能． 3．了解核反应堆的工作原理． 4．知道核电站的工作模式及核能 发电的优缺点.
重点难点
重点
1.重核裂变反应 的核能计算．
2．核反应堆的工 作原理.
难点
链式反应及核电 站.
知识点一 重核裂变及链式反应
判断正误
1．重核裂变的链式反应速度是无法控制的．(×) 2．核废料没有放射性，无须处理．(×) 3．核反应释放的能使反应区的温度升高．(√)
小试身手
2．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( ) A．铀棒是核燃料，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能
高三物理核裂变知识点归纳
高三物理核裂变知识点归纳核裂变是指重核(如铀、钚等)被中子加速后变为两个或更多质量较小的核的过程。
核裂变是一种放能反应，其释放的能量可用于核能的利用。
下面将对高三物理核裂变的知识点进行全面归纳。
一、核裂变的基本原理核裂变是重核由中子轰击后发生的裂变反应。
当中子轰击重核时，重核吸收中子然后产生Β链崩裂，形成两个或更多的轻核，同时释放大量的能量和中子。
核裂变的基本方程式为：重核 + 中子→ 轻核 + 能量 + 中子。
在核裂变过程中，质量损失会转化为能量释放。
二、裂变反应堆裂变反应堆是利用核裂变反应产生大量能量的装置。
裂变反应堆中，通过控制自发裂变反应的速率和有效利用中子来维持连续的裂变链式反应。
核裂变反应堆主要包括以下几个部分：1. 燃料：主要使用铀-235或钚-239作为裂变反应的燃料材料，燃料裂变产生大量热能。
2. 导热剂：通常使用水或重水作为导热剂，将裂变产生的热能传递给工质。
3. 冷却剂：用于从反应堆中带走燃料产生的热能，保持反应堆的工作温度。
4. 反应堆堆芯：包括燃料棒、控制棒和冷却管等，其中燃料棒起到反应堆燃料的载体作用。
5. 控制系统：用于控制反应堆中裂变反应的速率，通常通过吸收中子来调节反应堆的输出功率。
6. 安全系统：用于监测反应堆的运行状态，保证反应堆安全。
三、核裂变释放的能量核裂变过程中释放的能量来自于质量的损失，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量m的损失会转化为能量E。
核裂变释放的能量非常巨大，可用于发电和核武器等领域。
核裂变释放的能量大小与核反应堆运行情况相关，主要包括：1. 燃料使用率：燃料中的铀-235或钚-239的利用率越高，释放的能量越大。
2. 中子吸收截面：中子吸收截面越大，相同条件下裂变释放的能量越大。
3. 反应堆控制：通过控制反应堆中的裂变反应速率，可以调节释放的能量大小。
4. 燃料堆芯设计：合理的燃料堆芯设计可以提高裂变产生的能量和中子输出。
四、核裂变应用领域核裂变广泛应用于能源工业和国防事业，主要包括以下几个领域：1. 核电站：核裂变主要用于发电，核反应堆中的裂变反应释放的热能被利用转化为电能，为社会供电。
高中物理选修3-5优质课件：19.6 核裂变
1.(核裂变及链式反应)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中的一种裂变反 应为 29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n，下列说法正确的有
√A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
√C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
(2)核电站发电有什么优点？
答案 核电站发电的优点 ①消耗的核燃料少. ②作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所能提供的能量大. ③对环境的污染要比火力发电小.
知识深化
1.核电站的主要部件及作用
组成部分
材料
裂变材料(核燃料)
浓缩铀
减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水)
作用 提供核燃料 使裂变产生的快中子减速
知识深化
1.常见的裂变方程 (1)29325U＋10n→15349Xe＋9358Sr＋210n (2)29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子. 3.铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应.
A.15440Xe＋3963Kr C.15461Ba＋9338Sr
B.15461Ba＋9326Kr
√D.15440Xe＋3984Sr
解析 根据核反应中的质量数和电荷数守恒可知，a和b的总质量数应为235＋1－2＝ 234，总质子数应为92，A项中质量数为140＋93＝233， B项中质量数是141＋92＝233， C项中质量数为141＋93＝234，质子数为56＋38＝94， D项中质量数为140＋94＝234，质子数为54＋38＝92.综上可知，答案为D.
核裂变原理
核裂变原理核裂变（Nuclear Fission）是指重核（如铀、钍等）的原子核在被撞击或吸收中慢中子的作用下分裂成两个较大的原子核的现象。
核裂变的原理是基于一系列物理过程和相互作用。
引言核裂变是一种释放出大量能量的过程，也是核能发电和核武器的基础。
了解核裂变原理对于理解核能的产生和利用具有重要意义。
本文将介绍核裂变的原理、过程和相关概念。
原理核裂变的原理是基于重核原子核的不稳定性。
重核的原子核通常由质子和中子组成，中子数量多于质子数量。
当一个慢中子被吸收或撞击重核原子核时，可以触发原子核的裂变过程。
裂变过程中，重核原子核分裂成两个较大的原子核，并释放出大量的能量。
这两个分裂产物中通常包含一些中子和大量的释放能量。
同时，释放的中子还可以引发更多的裂变反应，形成连锁反应。
过程核裂变的过程可以描述为以下几个步骤：1.吸收或撞击：一个慢中子被重核原子核吸收或撞击。
2.裂变：重核原子核分裂成两个较大的原子核。
3.释放能量：裂变过程释放出大量的能量。
4.产生中子：裂变过程产生一些中子。
5.连锁反应：释放的中子引发更多的裂变反应，形成连锁反应。
能量释放核裂变的能量释放取决于裂变产物的质量差异。
裂变产物的质量总和与初始重核的质量之差称为裂变释放的能量。
根据质量与能量的关系（Einstein’s mass-energy equation），裂变释放的能量可以通过以下公式计算：\[E = Δm \times c^2\]其中，\[E\]表示释放的能量，\[Δm\]表示质量差异，\[c\]表示光速。
由于光速的值很大，质量差异较小的裂变反应也能释放出巨大的能量。
连锁反应释放的中子可以引发更多的裂变反应，从而形成连锁反应。
连锁反应的产生需要满足以下两个条件：1.每个裂变产物产生的中子引发一个或更多的裂变反应。
2.连锁反应维持在恒定的比率，以保持反应进行。
连锁反应的控制至关重要，过快或过慢的反应都会导致不稳定的情况。
在核能发电中，连锁反应的控制通常通过控制反应堆中的中子速度和密度来实现。
19.6 核裂变(解析版) (1)
19.6 核裂变学习目标1．知道什么是裂变。
2．了解铀核的裂变特点。
3．知道重核裂变能放出能量，知道链式反应。
4．了解核电站的工作原理。
重点：1．重核裂变反应的核能计算。
2．核反应堆的工作原理。
难点：链式反应及核电站。
知识点一、核裂变（fission）1．概念：重核分裂成中等质量的核，释放出核能的反应，称为裂变。
2．特点：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。
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。
3．核反应类型：重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发的产生。
【题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，所以核子数要减小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192 0 56 36 0 【答案】D【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，裂变时因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小的，如 235U 裂变为 90Sr 和 136Xe 的核反应，其核反应方程为 235U ＋1n―→90Sr ＋136Xe ＋101n ， 92 38 5492 0 38 54 0其中各粒子质量分别为 m U ＝235.043 9u ，m n ＝1.008 67u ，m Sr ＝89.907 7u ，m Xe ＝135.907 2u ，质量亏损为Δm ＝（m U ＋m n ）－（m Sr ＋m Xe ＋10m n ）＝0.151 0u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 A 、B 、C 均错。
物理选修3-5_19.6重核的裂变
二、核电站——核反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
核 反 应 堆
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 减速剂： 石墨、重水或普通水， 用于减小中子的速度
控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢。
§19.6 重核的裂变
产生核能的条件：
——有质量亏损，是产生核能的先决条件。
核子平 均质量
分裂
A
C O
B
原子序数
Fe
一、核裂变
1、定义：物理学中把重核分裂成两个或多个
较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变．
2、铀核的裂变
1）发现
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的 助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时， 铀核发生了裂变。 2）裂变产物（多种多样）
235 92
U+ n
1 0
144 56
Ba + Kr + 3 n89 源自61 0235 92
U+ n
1 0
136 54
Xe + Sr + 10 n
90 38
1 0
3）计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应：
235 92
U+ n
1 0
141 56
Ba + Kr + 3 n
mn = 1.6749 ×10 -27 kg
铀块的质量大于临界质量，或者铀块的 体积大于临界体积。
链式反应的应用——原子弹
链式反应的应用——原子弹
美国原子弹突袭广岛和长崎 造成了巨大的毁伤．在长崎 投掷的原子弹爆炸后形成的 蘑菇状云团，爆炸产生的气 流、烟尘直冲云天，高达12 英里多．广岛市区80%的建 筑化为灰烬，64000人丧生， 72000人受伤，伤亡总人数占 全市总人口的53%．长崎市 60%的建筑物被摧毁，伤亡 86000人，占全市37% ．
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高中物理| 19.6核裂变详解
核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
研究表明
原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系。
其核子的平均质量与原子序数有如图的关系：核子的平均质量是：原子核的质量/核子数。
01
裂变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。
把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（Xe)和锶(Sr),有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）或者锑（Sb）和铌（Nb），同时放出2～3个中子。
铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。
铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：
铀核的裂变1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
裂变中释放出巨大的能量，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：释放出的能为:
在这个反应中释放的能量可以计算如下：
反应中释放的能量：△E= △mc2=141MeV.说明：如果1克铀全部裂变，它放出的能量就相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。
铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他U235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。
1链式反应
用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应。
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
2原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高
的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。
“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者。
”
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，
伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% 。
3核防护
（１）核爆炸瞬时效应防护。
①利用工事进行掩蔽
②在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。
（２）放射性沾染防护。
①避开在沾染区或高照射量率的地区行动
②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染
③人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间
④进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留
02
核电站
解决能源危机根本途径——核能
可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。
核聚变资源可使用几亿年。
习题演练
1. 下列说法正确的是（）
A．核裂变只能用于制造原子弹，在其他方面没有什么用处
B．目前，核聚变只能用于制造氢弹
C．核裂变既可用于核发电，又可用于制造氢弹
D．核裂变既可用于制造氢弹，又可用于核潜艇
2. 我国宋级核潜艇的动力来自核裂变产生的能量．核裂变的一种可能反应是+→
++kX，下列说法正确的是（）
A．X是质子，k=9
B．X是质子，k=10
C．X是中子，k=9
D．X是中子，k=10
习题解析
1. B
【解析】
A、核裂变还应用在核能发电上，不符合题意；
B、目前，核聚变只能用于制造氢弹，符合题意；
C、核裂变既可用于核发电，又可用于制造原子弹，不符合题意；
D、核裂变既可用于制造原子弹，又可用于核潜艇，不符合题意；
2. D
根据电荷数守恒、质量数守恒得出kx的电荷数和质量数，从而确定X为何种粒子，以及k的值。
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒知，kX的电荷数为0，质量数为10，知X为中子，k=10．故D正确，A、B、C错误。