高中物理选修3-5核裂变
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变
铀核的裂变
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。
裂变产物：多种多样
+
++
Байду номын сангаас
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
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪， 同时放出三个中子，其核反应方程式：
求： （1）一个铀核裂变释放的能量 解 亏损质量：
释放能量：
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪， 同时放出三个中子，其核反应方程式：
求： （2）试计算1kg铀235全部裂变时所释放的能量？
解 1kg铀中含铀核数量为： N个铀核裂变放出能量为：
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡 和氪，同时放出三个中子，其核反应方程式：
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变
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链式反应的过程
如图为核裂变示意图
（1）重核裂变是一种天然现象吗？ （2）只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 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的条件时，才会发生重核的裂变
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链式反应
定义：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。
根据链式反应的原理，似乎任何铀块只 要有中子进入，都能发生链式反应
但事实并非如此
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变
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核裂变—人教版高中物理选修课件
把裂变物质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。
19.6核裂变—人教版高中物理选修3-5 课件 (共25张PPT)
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已知
U 235
92
、3985Sr
、139
54
Xe
、1
目前，核电技术已经成熟，在经济效益方面也跟火力发电 不相上下。作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量所能提 供的能量，比煤、石油等所能提供的能量大15倍左右。核电对 环境的污染比火力要小。截止到2004年6月，全世界共有30个 国家的450座核电站在运行，核能发电已经占世界总发电量的 1/6左右。
我国有一定的核资源储量、相当规模的核技术装备核核技 术队伍，已经具备了发展核电的基本条件，截止到2004年9月， 我国已经有9台核电站进行商业运行，总装机容量达到701万千 瓦。到2020年以前，每年还将建成2－3台核电机组，将有27台 百万千瓦级的机组投入运行，总装机容量将达3600万千瓦，将 占全国总发电量的4％。
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过 2800t标准煤完全燃烧时释放的能量．
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STS 阅读原子弹与科学家的责任
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1.核反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
慢化剂 链式反应的应用—— 核电站慢中子反应堆
2、核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？
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人教版高中物理选修3-5第19章 第6节 核裂变课件
思考讨论 1
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒 漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸 时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内， 沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内 所有动植物全部死亡
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第十九章 原子核
(1)巨大的核能是从哪里来的？ (2)在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？ 提示：(1)铀核的裂变 (2)不需要
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第十九章 原子核
知识点 2 链式反应 1．定义 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链式反
应。 2．条件 发生裂变物质的体积大于_临__界__体__积___或裂变物质的质量大于_临__界__质__量____。
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第十九章 原子核
知识点 3 核电站 1．核站的工作原理 核 电 站 的 核 心 是 ___核__反__应__堆___ ， 其 简 化 示 意 图 如 图 所 示 。 各 部 分 作 用 如
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第十九章 原子核
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第十九章 原子核
2．链式反应的条件 (1)要有足够浓度的235U (2)要有足够数量的慢中子 (3)铀块的体积要大于临界体积 3．裂变反应的能量 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。一个铀235 核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当 于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
解析：核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A正确；就可采
储量所提供的能量来说，核燃料资源远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储
量，B错误；在经济效益方面核电与火电不相上下，C正确；核电站是有污染
高中物理选修3-5电子核裂变ppt课件
mSr＝89.907 7u，mXe＝135.907 2u， 质量亏损为 Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝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。重核裂变为中等 质量的原子核时，由于核子平均质量小，会发生质量亏损，从 而释放出核能。 综上所述，选项 D 正确。 答案：D
知识自主梳理
重核的裂变
1.定义 使重核分裂成__中__等__质__量__的原子核的核反应叫重核的裂 变。 2．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。 3．一种典型的铀核裂变 29325U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋__3_10n__。
→ 相当于m吨煤释放的能量
如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中 正确的是( )
A．铀 235 容易吸收快中子发生裂变反应 B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中 子，慢中子容易被铀 235 俘获而引起裂变反应 C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入 深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些 D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些， 使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会 快一些
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29325U 裂 变为9308Sr 和15346Xe 的核反应，其核反应方程为29325U＋10n―→9308Sr ＋15346Xe＋1010n，
人教版高中物理选修(3-5)-19.6《核裂变》课件
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
二、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。
二、核电站
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂
链式反应的应用—— 核电站慢中子反应堆
核能----解决能源危机的根本途径
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
235 92
U+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
K
r+310
n
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：
Δm 0.35781027 kg
释放出的能量为
ΔE Δmc2 201MeV
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t 优质煤完全燃烧时释放的能量．
（１）核爆炸瞬时效应防护。
利用工事进行掩蔽 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。
避开在沾染区或高照射量率的地区行动
及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染 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 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
法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7%
保加利亚 47.1% 斯洛伐克 47% 瑞典 46.8%
乌克兰 43.8% 韩国 42.8%
世界核能发电占全部电量1/4
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
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．
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.
高中物理选修3-5：19.6 核裂变 课件
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
原子弹
二战时期，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蘑菇状云团，爆炸 产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60% 的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；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%。
。2021年3月11日星期四2021/3/112021/3/112021/3/11
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/112021/3/11March 11, 2021
§6 核 裂 变
学习目标
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。
设计思路
通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，能够做到重核 裂变的核反应方程式的书写，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；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。
高中物理选修3-5-重核的裂变
重核的裂变知识集结知识元核聚变知识讲解核反应的四种类型特别提醒1.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．2．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．3．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．例题精讲核聚变例1.2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①H H→He+X②H+Y→He+X，则下列表述正确的是（）A．X是质子B．Y是氚核C．X与Y是同位素D．①②两个核反应都属于裂变反应例2.核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：（1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂；（4）冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（）A．使快中子减速，维持链式反应的进行B．吸收中子，控制链式反应的速度C．冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高D．控制铀的体积不要超过临界体积例3.“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放。
如图所示核燃料是铀，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核磁撞后，中子能量减少变为慢中子。
碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，且认为磁撞前碳核都是静止的，则（）A．铀核裂变的核反应是→+2B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的C．由于中子相对碳核质量很小，经过一次碰撞，中子将失去绝大部分动能D．铀（）经过多次α、β衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子例4.下列说法正确的是（）A．氘和氚聚变反应中产生的氦核具有放射性B．核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子C．核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度D．裂变反应后的平均结合能比反应前的平均结合能小当堂练习。
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课时训练19核裂变
一、非标准
1.原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要由哪四部分组成()
A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B.原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
答案:A
解析:通过学习,我们知道核反应堆的构成分四部分:原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统。
2.裂变反应中释放出的能量来自于()
A.核子消失转化为能量
B.原子中电子与原子核的电势能减小
C.入射的中子消失转化为能量
D.原子核的比结合能变大,释放出能量
答案:D
解析:发生核反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A错误;能量来自于原子核内部,因重核分裂为中等质量的核时,比结合能增加而释放出能量,D正确。
3.(2013·重庆高考)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:
n→a+b+n
则a+b可能是()
A XeKr BBaKr
CBaSr DXeSr
答案:D
解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,D符合要求。
4.一个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→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
答案:A
解析:X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140,B项错误。
中子数为140-(92-38)=86,A项正确。
裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,所以C、D项错误。
5.(多选)下列关于重核裂变的说法中,正确的是()
A.核裂变反应是一个吸能反应
B.核裂变反应是一个放能反应
C.核裂变反应的过程质量亏损
D.核裂变反应的过程质量增加
答案:BC
6.(多选)国家重大科技专项示范项目CAP1400核电站,将于2013年在山东荣成石岛湾开工建设。
核电站与火电站相比较,其优势在于()
A.核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B.就可采储量来说,地球上核燃料资源远多于煤炭
C.核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站
D.核电站比火电站更容易建造
答案:ABC
解析:核电站与火电站相比,相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多,地球上可开采核矿
石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍,只要措施得当,核电站造成的污染很小,核能属于清洁能源,A、B、C均正确;核电站的建造难度较大,D错误。
7.某核反应堆每小时消耗浓缩铀(铀235的含量占5%)200g,假定每个铀核裂变时释放的能量是200MeV,核反应堆的效率为90%,求该核反应堆的输出功率。
答案:2.0×108W
解析:200g浓缩铀中铀235的含量为
m=200g×5%=10g,
则10g铀235中含有的原子数为
n=N A=×6.02×1023≈2.56×1022。
这些铀在1h内释放的能量为
Q=nΔE=2.56×1022×200×106×1.6×10-19J≈8.19×1011J,
则此核反应堆的输出功率为
P= W≈2.0×108W。
8.已知铀核U)裂变生成钡Ba)和氪Kr)Ba、Kr以及中子的质量分别是235.043 9 u、143. 913 9 u、88.897 3 u和1.008 7 u。
我国秦山核电站一期工程的功率为30×104 kW,假如U能够完全发生裂变,其中有一半核能转化为电能。
则核电站一年要消耗多少U?(已知1u=1.66×10-27kg)
答案:231.1kg
解析:核裂变方程为BaKr+n。
则一个U裂变释放出来的核能ΔE=(235.0439u-143.913 9 u-88.897 3 u-2×1.008 7 u)×c2=0.215
3×1.66×10-27×(3×108)2J=3.21×10-11J
每年核电站产生的总能量:E=Pt=30×107×365×24×3600J=9.461×1015 J
所以每年消耗的铀核个数为
N=个=5.894×1026个
因此每年需要铀的总质量为:m=
m=·m mol=×235×10-3 kg=231.1 kg。
9.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。
中子在重水中可与H核碰撞减速,在石墨中与C核碰撞减速。
上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。
某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种材料减速效果更好?
答案:重水
解析:设中子质量为m n,靶核质量为m,由动量守恒定律得
m n v0=m n v1+mv2,
由能量守恒定律得m n m n,
解得v1=v0。
在重水中靶核质量
m H=2m n,
v1H=v0=-v0。
在石墨中靶核质量
m C=12m n,
v1C=v0=-v0。
因为与重水靶核碰撞后中子速度较小,故重水减速效果更好。