高中物理核能的利用(1)
第5-6节 裂变、聚变和核能的利用
5.核聚变的优越性： (1)放出的能量大。 (2)核废料易处理。 (3)核燃料储量丰富（海水）。
二、核聚变 核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚、重 氢化钾等
引爆装置
氘、氚 聚变
2 1
H
31H42
He
1 0
n
氢弹爆炸形成的磨姑云
一、重核裂变
2. 链式反应 (2)临界体积：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。 (3)链式反应的条件：
1、裂变物质的体积大于临界体积 2、有足够浓度的铀235 3、有足够数量的慢中子
一、重核裂变
原子弹是利用链式反应制造的大规模杀伤性核武器。
枪式原子弹
内爆式原子弹
一、重核裂变
原子弹是利用链式反应制造的大规模杀伤性核武器。
1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆炸成功。
一、重核裂变
原子弹是利用链式反应制造的大规模杀伤性核武器。
邓稼先
钱学森
1966年10月27日，中国第一颗核导弹爆炸成功， 首次实现了“两弹结合”。
二、核聚变
1.核聚变： 两个质量较轻的核结合成一个质 量较大一点的核，叫做核聚变。
世界核能发电占全部电量1/4
瑞典 46.8%
乌克兰 43.8%
韩国 42.8%
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
二、核电站
和平利用核能， 服务人类社会。
二、核电站
1.核反应堆
吸收中子、控制速度
核能的发现和利用
核能的发现和利用1、铀原子核裂变现象的发现铀原子核裂变现象的发现还得从美籍意大利物理学家费米利用中子轰击铀核的实验研究工作谈起。
当人工放射性核素发现以后，科学家们就纷纷利用α粒子、质子以及中子去轰击周期表上各种元素，以求获得更多的人工放射性核素。
而费米就是利用α粒子轰击铍能发射中子的核反应过程，把镭和铍均匀混合在一起，就可以制成能发射大量中子的镭－铍中子源。
然后，利用这些中子去轰击各种元素，并用自制的高灵敏度盖革—弥勒计数管进行测量。
结果发现将近六十多种被中子照射过的元素中，约有四十多种能产生放射性核素。
后来，费米在长期的实验工作中发现，如果把所用的镭－铍中子源加以适当改进，在中子源和银圆筒之间加上一层石蜡或其它含氢物质，就能使银的放射性强度大大增加，这可从盖革—弥勒计数管上得到反映。
这是因为镭－铍中子源所发射的快中子能量很大，不易和银发生反应。
现在通过石蜡后快中子被减速成热中子，其能量和分子热运动能量相当，即能量为0.0253电子伏或速度为每秒2200米。
由于热中子运动速度很慢，它在核周围的停留时问就会加长，因此和核作用的机会也就越多，所产生的放射性也就越强，计数就大大增加。
费米在获得热中子后，重新对铀核进行轰击试验。
看它能否被铀核俘获生成更多的原子序数大于92的93、94……一系列超铀元素。
然而，大量实验结果证明，在铀核俘获中子后的生成物中，呈现出非常复杂的辐射成分。
在测量中发现它们是由多种β射线所组成，先后共测得四种不同能量的β射线，根据它们辐射强度随时间衰减的曲线分析，得到四种不同的半衰期，分别为10秒、40秒、12分和90分。
而费米及其助手当时也无法从这些复杂的放射性物质中识别出事先想找到的93号新元素。
这是因为他们中间缺少精通化学分析的科学家。
即使在这些新产生的放射性物质中确已存在93号元素，他们也不能用化学方法由辨别它们。
由于费米及其同事在生产人工放射性核素中一直认为元素俘获一个中子后，经过β衰变能生成原子序数增加1的新元素，所以费米等人总是专心致志地去寻找原子序数比铀更大的超铀元素。
知识讲解 核能、核能的利用
物理总复习：核能、核能的利用编稿：xx 审稿：xx【考纲要求】1、知道核力及结合能、质量亏损等概念2、会配平和书写核反应方程式3、知道核能获取的两种方式，了解核反应堆的主要组成部分，能进行简单的有关核能的计算问题【考点梳理】考点一、核能要点诠释：1、核力核子间作用力。
其特点为短程强引力：作用范围为2.0×10－15m，只在相邻的核子间发生作用。
2、核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。
比结合能：结合能与核子数之比称做比结合能，也叫平均结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
不同原子核的比结合能是不一样的，由比结合能曲线可以看出：中等大小的核比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
3、质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化。
核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小△m，这就是质量亏损。
由质量亏损可求出释放的核能△E＝△mc2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损。
4、△E＝△mc2是计算核能的常用方法。
在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算。
若质量单位取原子质量单位u，则：此结论亦可在计算中直接应用。
另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能。
因而在此情况下可应用力学原理—动量守恒和能量守恒来计算核能。
5、质能方程的理解对于质量亏损，切忌不能认为这部分质量转化成了能量，质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性（质量和能量）等同起来。
第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。
核能的利用
(一)核能 当原子核产生改变时就会释放出巨大的能量(核能)。
获得核能的途径： 1、核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂 成2个新原子核，并释放出能量的过程。
用中子轰击铀核，使铀核产生裂变,放出能量。铀核 分裂时，还同时放出2—3个中子，又可以轰击其它铀核， 使它们也产生裂变。
这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的 铀核产生裂变，于是裂变反应便会链锁式地自行持续下 去，这种现象叫做链式反应。
说法正确的是( ) CD
A．游戏者的动能一直在增加 B．游戏者减少的重力势能全部转化为动能 C．游戏者通过a点之后，绳子具有弹性势能 D．游戏者到c点时，他的动能为零
例2、判断下列说法是否正确？ (1)能量就是能源； (2)电能是一种二次能源； (3)石油是一种常规能源。
检测与演练
1、关于能量的转化和转移，下列说法正确的是 (B )
3、下列能源中，属于可再生能源的是( B )
A．石油
B．水能
C．天然气 D．煤
4、下列关于核能的说法正确的是( C ) A．物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以 利用任何物质都能得到核能 B．到目前为止，人类获得核能有两种途径，即可 控制的重核裂变和可控制的轻核聚变 C．原子弹和氢弹都是利用原子核裂变和聚变的原 理制成的 D．自然界只有在人为的条件下才会产生裂变
如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时间(约 百万分之几秒)会释放出大量核能，产生猛烈爆炸，原 子弹就是根据这个原理制成的。
我国第一颗原子弹爆炸时的情景
2、核聚变：2个质量较小的原子核结合成质量较大的 新核，同时释放出能量的过程。
(二)放射线 大剂量放射线对人畜会造成很大的伤害；但是，如
果用较小的剂量，并谨慎地加以控制，射线也可以为人 类做许多事。
核能的利用
设疑：核能这么巨大，难道只能用于战争吗? 如何才能有效地控制核能的释放？
二、核能的和平利用――核电站
如果使原子核的裂变和聚变在可控制的条件下 缓慢进行，释放的核能就可有效地利用。
核能的和平利用――核电站 目前的核电站就是利用原子核裂变时释放 大量能量来工作的。
核电站工作原理：利用裂变在人为控制下进行，用 释放的能量加热水，使水汽化变成水蒸气推动汽轮 机运转，再带动发电机发电。
1964年10月16日，我国第1颗原子弹爆炸成功 1967年6月，我国第1颗氢弹爆炸成功
我国用了短
短4年时间完 成了原子弹的 研制工作，并 于1964年10 月16日成功地 爆炸了第一颗 原子弹.
1967年6月
17 日 又 成 功 地爆炸了第 一颗氢弹， 完成了其他 国家要十几 年或几十年 才完成的工 作.
B 3.核电站的能量转化情况是 A.核能→机械能→电能 B.核能→内能→机械能→电能 C.核能→化学能→电能 D.化学能→内能→电能
4.原子弹和核电站的根本区别是 C A.原子弹利用核裂变,核电站利用核聚变 B.原子弹利用核聚变,核电站利用核裂变 C.原子弹对裂变的链式反应不加控制,核电站控制裂变的链式反 应速度 D.原子弹对聚变的链式反应不加控制,核电站控制聚变的链式反 应速度
2、核聚变 （轻核聚变）
2个质量较小的原子核结合成质量较大 的新核，同时释放出能量的过程。 因为轻核聚变 需要很高的温 度，所以也叫 做热核反应。
氢 弹――根据核聚变的原理制成。 威力比原子弹还大。
自然界中的热核反应
自然界中，太阳内部的温度高达摄氏1千万度 以上，在那里就进行着大规模的聚变反应.太 阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的 核能转化而来的.可以说，地球上的人类每天 都享用着聚变释放出的能量.
高中物理核能核能的利用与环境保护原子能在交通上的应用素材鲁科选修
原子能在交通上的应用《西游记》中描写的孙悟空，打一个斤斗就有十万八千里，这种腾云驾雾的飞天技术，是我们祖先伟大的幻想！近年来，随着科学技术的发展，飞机的速度都在加快，但如果要从我们祖国的首都北京飞往欧洲或非洲，还是要消耗一百多吨汽油，中途不得不几次停航加油。
这样，速度如果再提高，受到的限制就很大，其中燃料携带将占去这些交通工具本身很大的有效载荷，这是一个较难克服的限制。
原子能技术将会在交通事业上发挥它的特有作用，由于原子燃料的能量非常集中，很小的一块铀235，就会放出巨大的能量。
所以，很少重量的核燃料，就可以实现长距离的航行和运行。
而且由于燃料轻，占的体积小，这就大大提高了有效的载荷。
利用核燃料做为动力能源的原子发动机的原理，简单地说，它不过是一个小型的、结构相当紧凑的原子核电站，或者是某种特别结构的核反应堆。
原子能在交通事业上将会出现创新的局面，它在客观上等于缩短世界各国的彼此距离。
（一）航海汽核潜艇我们对它早就不陌生。
美苏两霸为了相互争夺，曾拚命建造核潜艇，到目前为止，已达二、三百艘。
一般常规的潜水艇是靠柴油内燃机推进，柴油必需在缸里与氧气充图9-2 核潜艇分燃烧才行。
所以潜艇必须在海面上运行，让柴油内燃机发动，带动发电机发电，给蓄电池充电，以便当潜艇潜入海底后，靠蓄电池放电作动力推进。
而用核反应堆作动力，可以在没有氧气的海底正常运行，所以，核潜艇原则上可以长期地在一定深度海底航行而不必浮于海面，这样它就比较便于隐蔽，可以进行突然袭击。
除了核潜艇之外，大型的新式航空母舰也有许多是靠核能作动力（见图9梍3）。
它的好处也相当显著，它可以长期在海洋游弋而不需靠岸补充燃料。
1957年下水的一艘原子破冰船，发动机的功率是四万四千马力，排水量一万六千吨。
它装一次核燃料可以足足在北冰洋破冰运行一年。
近一时期国际上还克服种种技术上的困难，建造了好几艘几万吨级的大型商船，它仅需携带很少核燃料就可以在海上航行几个月。
核反应和核能的利用
059.江苏南通市2008届第三次调研测试 12.Ⅲ(2) 12.Ⅲ(2) 一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核
场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应
方程：
0 -1
e
10e
．
已 知 电 子 质 量 me=9.10×10-31kg ， 光 在 真 空 中 的 传 播速度为速为c=3.00×108m/s，则γ光子的能量至少
A、X光是居里夫人最先发现的。 B、天然放射性是贝克勒尔最先发现的。 C、法拉第发现了磁生电的方法和规律。 D、为了维护世界和平，1964年10月16日,我国第一 颗原子弹爆炸成功．核能的利用得益于质能方程， 质能方程在世界上得到了的广泛应用，正影响着今 天的世界,因此被称为改变世界的方程。
gk010.2008年高考理综四川卷15
到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（11 H ） 转化成一个氦核42（He ）和两个正电子（10 e ）并放出能 量.已知质子质量mP = 1.0073u，α粒子的质量mα = 4.0015u，电子的质量me = 0.0005u． 1u的质量相当于 931.MeV的能量．
① 写出该热核反应方程；
gk002. 2008年高考理综全国卷Ⅱ 20
gk004. 2008年高考物理上海卷 6
064. 08年福建省十大名校高考模拟试题1
047. 08年福建省毕业班质量检查14
059. 江苏南通市2008届第三次调研测试 12.Ⅲ(2)
066. 珠海市2008年高考模拟考试 3
046. 南京市2008届第一次模拟考试14.(3)
15、下列说法正确的是 （ A ） A．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B．β射线比α射线更容易使气体电离 C．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D．核反应堆产生的能量来自轻核聚变
高中物理中的原子核中的实际应用
高中物理中的原子核中的实际应用原子核是物质世界中最基本的构建单元之一。
在高中物理中，我们学习了关于原子核结构和核反应的知识。
这些知识不仅仅是为了我们理解物理世界的本质，还有许多实际应用。
本文将介绍一些关于原子核中实际应用的领域和技术。
一、核能与核电站核能是利用原子核中的能量来产生电力的一种能源形式。
核电站是利用核裂变或核聚变反应释放的能量来产生电力的设施。
核裂变是指原子核分裂产生的过程，核聚变则是指原子核相互融合形成更重的核的过程。
核电站通过控制核反应过程中的能量释放来产生高温和高压的蒸汽，通过蒸汽驱动涡轮发电机产生电力。
核能作为清洁、高效的能源形式，在能源供应和环境保护方面具有重要意义。
二、医学放射技术原子核在医学诊断及治疗方面有着广泛的应用。
放射性同位素被广泛应用于医学影像学和治疗。
放射性同位素可以通过注射或摄入进入患者体内，在体内发出射线，并通过探测器进行检测。
利用这些数据，医生可以评估患者的器官功能和病变情况。
核医学中最常用的技术是正电子发射断层扫描（PET扫描）。
PET扫描通过注入放射性同位素，利用正电子与电子湮灭的原理，获得体内器官的代谢和功能信息，用于癌症、心脑血管疾病等病症的诊断和治疗。
三、核磁共振成像技术核磁共振成像（MRI）是一种利用原子核自旋磁矩的物理性质来成像的技术。
它可以提供高分辨率、无创伤的人体影像。
在医学诊断、生命科学研究、材料科学等领域具有重要意义。
MRI技术利用磁场和射频脉冲对核自旋进行激发和检测。
通过分析核自旋的响应和信号强度，可以构建出人体组织的影像，并对其中的病变进行诊断和治疗。
四、核技术在工业与农业领域的应用核技术在工业与农业领域也有广泛的应用。
例如，辐照技术利用核技术对物品进行辐射处理，达到灭菌、杀虫或延长保鲜期的目的。
这在医疗、食品保鲜等方面都起到了积极的作用。
另外，核技术还被用于碳14定年法等方法，对古代文化遗址、化石等进行年代测定。
这对于人类研究历史和地质变迁具有重要的意义。
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第八节核能的利用（第1课时）
教学目标：
1．知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式。
2．了解和平利用核能的方式。
3．了解核能和平利用的进展，了解核能的优点和核能开发可能带来的问题。
教学重点和难点：
重点：核能的获得和人类对核能的利用。
难点：原子核裂变和聚变的区分。
教学过程：
阅读与思考：
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本的广岛和长崎，原子弹爆炸时释放出的巨大能量将两座城市在瞬间化为废墟。
如此巨大的能量是怎样产生的？这些能量能否被我们利用呢？
[科学探究]
一、裂变和聚变
1．核能
原子核是可以改变的，且在有些改变的过程中还会释放出巨大的能量，这种能量称为核能。
2．获得核能的途径：裂变和聚变。
（1）裂变。
裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。
原子弹就是根据裂变的原理制造的。
（2）聚变。
聚变是使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程。
氢弹就是根据聚变的原理制造的。
（3）质量相同的核材料，聚变反应释放的核能比裂变反应要多得多，故氢弹的威力比原子弹大得多。
二、核能的和平利用——核电站
1．原子核的裂变和聚变在可以控制的条件下缓慢地进行，释放的核能就可以有效地利用。
目前的核电站就是利用原子核裂变时释放大量能量来工作的。
阅读图3-76核电站。
2．核电站中的能量转化。
核能→水的内能→汽轮机的机械能→电能
3．1994年底，全世界核电站的发电量已占总发电量的17%。
我国目前已经运行的核电站有秦山核电站和大亚湾核电站，还有几座正在建造中。
三、放射线
1．原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，这些物质的原子核内部会向外辐射出肉眼看不见、能量很高的射线，其中有α射线、β射线、γ射线。
2．大剂量放射线对人畜会造成很大的伤害。
较小剂量的放射线对人类也有益处。
如γ射线对机械设备探伤，使种子变异，培养新的优良品种，治疗肿瘤等。
[典型例题解析]
例、关于核能的获得，下列说法正确的是（）
A．核反应堆就是利用原子核裂变时，在极短时间内释放出大量核能的装置
B．当原子核内部发生变化时，能释放出巨大的能量，核裂变和聚变是获得核能的两种方法
C．核电站是使核能直接转化为电能的装置
D．在核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变
解析：
[同步训练]
1．一个中性原子不带电，是因为（）
A．原子中没有带电的粒子
B．原子核中没有带电的粒子
C．原子核中，两种带电粒子正、负电荷相等
D．原子核中带正电的粒子带电与带负电的粒子带电刚好相等
2．关于原子核能的叙述，正确的是（）
A．原子核能是原子运动产生的能量
B．原子核能是原子核变化时释放的能量
C．原子核不发生变化时也能释放原子核能
D．物质发生化学变化时就能释放原子核能
3．1945年，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的，分别投到日本的，使这两座城市瞬间化为废墟。
4．原子核在裂变和聚变时会向外辐射出肉眼看不见、能量很高的，有、、。
其中可以对机械探伤、使种子变异、能治疗肿瘤的是。
作业：作业本
课后反思：。