高中物理第4章第5节裂变和聚变教案粤教版选修35
高中物理第四章原子核第五节裂变和聚变导学案粤教选修
第五节裂变和聚变班级姓名学号评价【自主学习】一、学习目标1．知道重核的裂变反应．2．知道链式反应的发生条件．知道原子弹的原理．3．知道轻核的聚变反应．知道氢弹的原理．4．了解受控热核反应的发展前景．二、重点难点1．核裂变与核聚变的条件三、问题导学1．铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种裂变的核反应方程式是什么样的？2．什么是链式应？发生链式反应的条件是什么？什么是临界体积？3．什么叫核聚变？热核反应？四、自主学习（阅读课本P45-47页，《金版学案》P80-81知识点1、2）1．完成《金版学案》P80预习篇五、要点透析见《金版学案》P80-81知识点1、2）【预习自测】1．两个比较轻的核聚合成一个较的核时要___ ___能量，这种核反应称为 ____________．如21H＋31 H→___________＋10n＋17.51 MeV.比较重的核分裂成两个较轻的核时要___ ___能量，这种核反应称为核裂变．铀核的一种裂变方程为23592U＋10n→8936Kr＋14456Ba＋________.2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（）A．eSiP0130143015+→B．nHeHH1423121+→+C．eNC01147146-+→D．HeThU422349023892+→3．关于重核的裂变，下列说法正确的是( ) 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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少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，放出核能第五节 裂变和聚变【巩固拓展】 课本作业P87练习1、2、31.以下核反应方程中，属于原子核裂变的是（ ）A ．HeTh U 422349023892+→ B ．n C Be He 101269442+→+ C ．nKr Ba n U 1089361445610235923++→+ D ．nHe H H 10423121+→+2．(双选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是( ) 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 ．一般的，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3.(双选)一个23592U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的核反应为23592U+10n→Z AX+9438Sr +102n ，则下叙述正确的是A ．X 原子核中含有86个中子B ．该反应是核聚变反应C ．由于该反应释放能量，根据E =mc 2判断，反应后的总质量数增加 D ．虽然该反应出现质量亏损，但反应前后总质量数不变 4. 我国科学家研制“两弹”所涉及到的基本核反应方程有：(1)nk Xe Sr n U 101365490381023592++→+ (2)nd He H H 10423121+→+关于这两个方程的下列说法，正确的是A ．方程(1)属于α衰变B ．方程(2)属于重核裂变C ．方程(1)中k=10，方程(2)中d=1D ．方程(1)中k=6，方程(2)中d=1第五节 裂变和聚变班级 姓名 学号 评价 【课堂检测】 一、重核的裂变（例举：2351141921920563603U n Ba Kr n +→++ ）1．下列核反应中，表示核裂变的是（ ） A ．238234492902U Th He →+ B ．14140671C N e -→+C ．2351141921920563603U n Ba Kr n +→++ D ．941214260Be He C n +→+二、轻核的聚变（例举： 21H ＋11H →42He ＋10n ）2．一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H →42He+10n ，其中氘核的质量：m D =2.014 102 u 、氚核的质量：m T =3.016 050 u 、氦核的质量：m α=4.002 603 u 、 中子的质量：m n =1.008 665 u ，1u=1.660 6×10-27kg ，e = 1.602 2×10-19C ，请求出该核反应所释放出来的能量。
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 第四章 原子核 第五节 裂变和聚变同步备课教学案 粤教版选修35
第五节裂变和聚变[学习目标] 1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件.3.会计算裂变、聚变所释放的能量．一、核裂变和链式反应[导学探究] 如图1为铀核裂变示意图．图1(1)铀核裂变是如何发生的？(2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？答案(1)铀核的裂变①核子受激发：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．②核子分裂：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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．(2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行．要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应．[知识梳理] 对核裂变和链式反应的理解1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个较轻的核，并放出能量的过程．2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U＋10n→144 56 Ba＋8936Kr＋310n.3．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．4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量． (2)有足够数量的慢中子．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．( × )(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．( √ ) (3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．( × )(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子．( × ) 二、受控热核反应 1．聚变两个轻核结合成质量较大的核，释放出能量的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应． 2．聚变方程21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV.3．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m ，这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万度以上的高温． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)核聚变时吸收能量．( × )(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( √ ) (3)轻核聚变比裂变更完全、清洁．( √ )(4)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．( √ )一、核裂变与其释放核能的计算 1．常见的裂变方程(1)23592U ＋10n ―→13954Xe ＋9538Sr ＋210n (2)23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋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．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． 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标准煤完全燃烧释放的化学能，裂变时能产生几百万度以上的高温．4．铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应．例1关于重核的裂变，下列说法正确的是( )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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能答案 D解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误．重核裂变的实质1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程．2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．例2用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝3.578×10－28 kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.二、聚变及释放核能的计算 1．核聚变的特点(1)轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．(2)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)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． (4)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． 2．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸． (2)可控热核反应：目前处于探索阶段． 3．重核裂变与轻核聚变的区别3112式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeV c2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．答案 10n(或中子) 17.6解析 根据质量数和电荷数守恒可得x 是10n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2≈17.6 MeV.针对训练(多选)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( )A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同答案AC解析21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变方程，故A项正确；根据轻核聚变特点，相同质量的核燃料，轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C正确．1．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为235 92U＋10n→X＋9438Sr＋210n，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个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A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，C、D错误．2．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万度以上的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行答案ABC解析轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，故必须克服库仑斥力做功，A正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万度以上的高温，B正确；热核反应必须在几百万度以上的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D错．3．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是235 92U ＋10n→136 54Xe ＋9038Sr ＋1010n ，放出的能量为E ，铀235核的质量为M ，中子的质量为m ，氙136核的质量为m 1，锶90核的质量为m 2，真空中光速为c ，则释放的能量E 等于( )A ．(M －m 1－m 2)c 2B ．(M ＋m －m 1－m 2)c 2C ．(M －m 1－m 2－9m )c 2D ．(m 1＋m 2＋9m －M )c 2 答案 C解析 铀235裂变时的质量亏损Δm ＝M ＋m －m 1－m 2－10m ＝M －m 1－m 2－9m ，由质能方程可得E ＝Δmc 2＝(M －m 1－m 2－9m )c 2.4．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(已知质子质量为m H ＝1.007 3 u ，氦核质量为m He ＝4.001 5 u ，正电子质量为m e ＝0.000 55 u ，结果保留两位小数，1 u 相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 答案 (1)411H→42He ＋2 0＋1e (2)24.78 MeV (3)4.22×109 kg解析 (1)由题意可得核反应方程为 411H→42He ＋2 0＋1e.(2)反应前的质量m 1＝4m H ＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u ，反应后的质量m 2＝m He ＋2m e ＝4.001 5 u ＋2×0.000 55 u＝4．002 6 u ，Δm ＝m 1－m 2＝0.026 6 u ，由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE ′＝Δm ′c 2得太阳每秒减少的质量 Δm ′＝ΔE ′c 2＝3.8×1026(3×108)2 kg≈4.22×109 kg.一、选择题(1～6题为单选题，7题为多选题)1．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( ) A ．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易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀的质量无关答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，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，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．2．在众多的裂变反应中，有一种反应方程为235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋a X，其中X为某种粒子，a 为X的个数，则( )A．X为中子，a＝2 B．X为中子，a＝3C．X为质子，a＝2 D．X为质子，a＝3答案 B解析根据核电荷数守恒可知，X的电荷数为0，X必为中子10n，由质量数守恒可知，a＝3，选项B正确．3．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He＋32He―→211H＋42He，关于32He聚变下列表述正确的是( ) A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电答案 B解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一；目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电．4．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是( )A．这个实验的核反应方程是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋10nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的γ射线穿透能力极强答案 D解析根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310 n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确．5．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)．设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反应后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，光速为c，下列说法正确的是( )A．这种装置中发生的核反应方程式是21H＋31H―→42He＋10nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1－m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同答案 A解析核反应方程为21H＋31H―→42He＋10n，选项A正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项B、C错误；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D错误．6．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于235 92U的裂变，现有四种说法：①235 92U原子核中有92个质子，143个中子；②235 92U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为235 92U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n；③235 92U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45 亿年，升高温度半衰期缩短；④一个235 92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J.以上说法中完全正确的是( )A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④答案 D解析由235 92U的质量数和电荷数关系知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D.7．关于轻核聚变，下列说法正确的是( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量B．物质发生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很多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答案BD解析根据平均结合能图线可知，聚变后平均结合能增加，因此聚变反应中会释放能量，故A错误；聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3～4倍，故B正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应时，要使轻核之间的距离达到10－15m 以内，这需要原子核有很大的动能才可以实现聚变反应，故C 错误，D 正确．二、非选择题8．现有的核电站常用的核反应之一是：23592U ＋10n ―→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为235.043 9 u ，中子的质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u ，锆核的质量为89.904 7 u ，1 u ＝1.660 6×10－27kg,1 u 相当于931.5 MeV 的能量．试计算1 kg 铀235裂变释放的能量为多少？ 答案 (1)40 90 (2)8.1×1013J解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90. (2)1 kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.043 9×1.660 6×10－27≈2.56×1024(个)．不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm ＝0.212 u ， 释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5 MeV≈197.5 MeV， 则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV≈8.1×1013 J.。
5.5裂变和聚变教学设计-2023-2024学年高二下学期物理粤教版(2019)选择性必修第三册
课堂
-通过提问：教师在课堂上通过提问，了解学生对裂变和聚变的理解程度，以及是否能够正确书写核反应方程式。
-观察：教师在课堂上观察学生的参与情况，如是否积极回答问题、是否认真听讲、是否主动参与讨论等，了解学生的学习态度和兴趣。
5.5裂变和聚变教学设计-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册
科目
授课时间节次
--年—月—日（星期——）第—节
指导教师
授课班级、授课课时
授课题目
（包括教材及章节名称）
5.5裂变和聚变教学设计-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册
教学内容
-探索核能的环保问题，研究核废料的处理和循环利用技术。
-思考核能在未来能源供应中的角色，探讨核能与可再生能源的竞争和合作。
-研究核反应堆的安全性问题，了解切尔诺贝利和福岛核事故的背景和影响。
课后拓展
1.拓展内容：
-阅读材料：《自然》杂志中的文章《核能：裂变与聚变》，深入了解裂变和聚变的基本原理、应用以及未来的发展前景。
教师活动：
-导入新课：通过展示核反应的动画，引出裂变和聚变的主题，激发学生兴趣。
-讲解知识点：详细讲解裂变和聚变的过程，以及核反应方程式的书写方法。
-组织课堂活动：分组讨论核能的应用和优缺点，进行角色扮演模拟核反应过程。
-解答疑问：针对学生的疑问，进行解答和指导。
学生活动：
-听讲并思考：学生专注听讲，理解并记录关键信息。
学生活动：
高中物理 第四章 原子核 第五节 裂变和聚变教学案 粤教版选修35
第五节裂变和聚变对应学生用书页码P571．两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。
2．一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做链式反应。
3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好是利用纯铀235；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，链式反应就不会发生。
4．要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够的动能，就要给核力加热，使物质达到几百万度以上的高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度。
因此这种反应又叫做热核反应。
5．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应。
6．太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应。
对应学生用书页码P57核裂变与链式反应1.核裂变(1)概念：较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，这种核反应叫做核裂变。
(2)铀核裂变分析：①核子受激发：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。
②核子分裂：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。
③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1 MeV,1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量。
(3)铀235和铀238的比较在天然铀中，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。
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
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。
4.5 裂变和聚变 学案(2020年粤教版高中物理选修3-5)
4.5 裂变和聚变学案（2020年粤教版高中物理选修3-5）第五节裂变和聚变学科素养与目标要求物理观念1.知道什么是裂变，知道链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生的条件.科学思维1.会书写核裂变.核聚变的核反应方程.2.会计算裂变.聚变所产生的核能.一.核裂变与链式反应1.核裂变比较重的一个核分裂为两个较轻的核并释放出能量的反应.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，让核裂变的过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来的反应.3.一种典型的裂变反应方程UnKrBa3n4.临界体积能够发生链式反应的铀块的最小体积.二.受控热核反应1.核聚变比较轻的两个核结合成一个较重的核，并释放出能量的反应叫核聚变.2.能量变化核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量.3.核反应举例HHHen17.6MeV.4.核反应条件必须使它们的距离接近到1015m，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变.5.受控热核反应热核反应能量在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用例如发电，这称为受控热核反应.6.实现受控热核反应的条件1要把热核燃料加热到非常高的温度；2使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件.1.判断下列说法的正误.1铀核的裂变是一种天然放射现象.2中子的速度越快，越容易发生铀核裂变.3铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子.4核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大.5轻核聚变比裂变更完全.清洁.2.氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为HHHeX，式中X是某种粒子.已知H.H.He和粒子X的质量分别为2.0141u.3.0161u.4.0026u和1.0087u；1u，其中c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子X是________，该反应释放出的能量为________MeV 结果保留3位有效数字.答案n或中子17.6解析根据质量数和电荷数守恒可得X是n中子.核反应中的质量亏损为m2.0141u3.0161u4.0026u1.0087u0.0189u所以该反应释放出的能量为Emc217.6MeV.一.核裂变与其释放的核能的计算1.常见的裂变方程1UnXeSr2n2UnBaKr3n2.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.例1xx临川一中期末1938年德国化学家.物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为UnBaKr3X.下列说法正确的是A.核反应方程中X为质子B.核反应方程中X为电子C.由核反应方程可得钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大D.此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的答案C解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中X为中子n，A.B错误；根据原子核的平均结合能曲线可知，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，C正确；如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，所以铀块的体积对于维持核反应是很重要的，D错误.例2铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是UnBaKr3n.1试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量U.Ba.Kr.n的质量数分别为235.0439u.140.9139u.91.8973u.1.0087u,1u相当于931.5MeV的能量；21kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能这相当于完全燃烧多少煤释放的能量煤的热值为2.94107J/kg答案1200.6MeV25.141026MeV相当于完全燃烧2797.3t煤解析1裂变反应的质量亏损为m235.04391.0087140.913991.897331.0087u0.2153u.一个铀235原子核裂变后释放的能量为Emc20.2153931.5MeV200.6MeV.21kg铀235中含原子核的个数约为N6.0210232.561024个，1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ENNE2.561024200.6MeV5.141026MeV.设煤的热值为q，煤的质量为m，有ENqm，所以mkg2797.3t二.核聚变及核能的计算1.聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万度以上的高温.2.轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应.3.聚变方程HHHen.4.重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大34倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多例3xx成都外国语学校高二期末氘核.氚核.中子.氦核的质量分别是m1.m2.m3.m4，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子HHHen.对于这个反应，以下说法正确的是A.氘核和氚核的平均结合能比氦核大，所以该反应会释放核能B.氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量C.该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2m3m4D.该反应是轻核的聚变，反应中释放的核能为m3m4m1m2c2答案C解析氘核和氚核的平均结合能小于氦核的平均结合能，氘核和氚核的核子平均质量比氦核大，该反应会放出一定的能量，故A.B错误；该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2m3m4，释放的核能为Emc2m1m2m3m4c2，故C正确，D错误.针对训练大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是HHHen.已知H的质量为2.0136u，He的质量为3.0150u，n的质量为1.0087u,1u931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV答案B解析根据质能方程，氘核聚变释放的核能Emc2，质量亏损m2mHmHemn0.0035u，则E0.0035931MeV3.3MeV，故B正确，A.C.D错误.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UnBaKr3n，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答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C 对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错.2.对核聚变的理解科学家发现在月球上含有丰富的He氦3，它是一种高效.清洁.安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为2He2HHe，关于He聚变下列表述正确的是A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电答案B解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，B正确，A.C错误；目前核电站大多采用重核裂变的方法来发电，D错误.3.核反应方程的理解多选能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程中，表述正确的是A.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.UnBaKr3n是核裂变反应D.UnXeSr2n是衰变答案AC解析两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A对，B错.重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C 对.原子核放出或粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变，原子核的衰变的反应物只有一种，故D错.4.核聚变释放核能的计算太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.已知质子质量为mH1.0073u，氦核质量为mHe4.0015u，正电子质量为me0.00055u，1u931.5MeV/c2，结果保留三位有效数字1写出这个核反应方程.2求这一核反应能释放的能量.3已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克答案14HHe2e224.8MeV34.22109kg解析1由题意可得核反应方程应为4HHe2e.2反应前的质量m14mH41.0073u4.0292u，反应后的质量m2mHe2me4.0015u20.00055u4.0026u，质量亏损mm1m20.0266u，由质能方程得，释放的能量Emc20.0266931.5MeV24.8MeV.3由质能方程Emc2得太阳每秒减少的质量mkg 4.22109kg.。
裂变和聚变-粤教版选修3-5教案
裂变和聚变-粤教版选修3-5教案一、前言在现代物理学中，裂变和聚变是两种不同的核反应过程。
裂变和聚变所带来的能量可以被应用在能源领域。
本文将介绍粤教版选修3-5中有关于裂变和聚变的教案。
二、裂变2.1 裂变是什么？裂变指的是重核在受到某种外部因素诱导的情况下，可以分裂成两个质量数较小的核子，同时伴随着巨大的能量释放。
2.2 裂变的实验在裂变的实验中，可以用中子将重核物质打碎成轻核。
但是，中子不会被重核原子核直接吸收，需要寻找能够将中子转化为裂变物质的材料。
2.3 裂变能源的使用裂变能可以用于核电站的发电，同时还可以用于构建核武器的制造。
三、聚变3.1 聚变是什么？聚变是指两个轻的原子核在高温、高压及热运动下碰撞并合并成更大的原子核的过程。
聚变过程伴随着大量的能量释放。
3.2 聚变的实验聚变的实验是非常困难的，因为聚变过程要求高温、高压、大流量等极端条件。
并且，由于少数离子需要在恒定的时间和空间里互相碰撞，所以需要使用强大的磁场将成功的离子稳定下来。
3.3 聚变能源的使用聚变能用于生产能源，同时还可以用于制造新型的核武器。
四、教学设计4.1 教学目标1.了解核反应的基本过程及与生产核能有关的重要反应；2.掌握裂变和聚变的基本概念；3.掌握核反应在能源领域中应用的特点和方法。
4.2 教学内容1.核反应的基本过程；2.裂变和聚变地基本概念；3.核反应在能源领域中的应用。
4.3 教学方法1.列举实例，让学生了解到裂变和聚变所带来的巨大能量；2.使用实验方法，展示聚变和裂变的过程；3.网络合作，让学生彼此分享对聚变和裂变的理解。
4.4 教学评估1.对学生能够理解核反应基本过程的掌握情况进行评估；2.对学生能够明白裂变和聚变基本概念的掌握情况进行评估；3.对学生能够彻底理解核反应在能源领域应用的掌握情况进行评估。
五、教学建议本教案的教学需要用到大量实验，在实验过程中，老师需要严格遵守规定，并需特别注意安全问题。
高中物理 4.5 裂变和聚变课件 粤教版选修35
4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中 两种典型的反应是： 23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n； 23952U＋10n―→13564Xe＋9308Sr＋1010n
• 【例1】 (单选)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
高中物理·选修3-5·标定位] 1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2. 掌握核聚变的定义及发生条件.3.会计算裂变、聚变所释放的 能量．
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
• 试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．
•答案解析10n＋根据23952反U应―前→后154质16B量a＋数守9326K恒r、＋电3荷10n数守3.恒22和0反2×应中10的－1能1 量J 守
恒，就可以写出核反应方程． • 根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放
的核能．
• •铀核则裂核变反方应前程后为的10n质＋量2亏3952U损―为→14516Ba＋9326Kr＋310n，
7．实现受控热核反应的条件 (1)要把热核燃料加热到非常高的温度； (2)要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量； (3)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的 能量，这个条件称为“点火”条件.
• 一、核裂变和链式反应 • 1．核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高中物理第4章第5节裂变和聚变教案粤教版选修35第五节裂变和聚变[学习目标] 1.知道核裂变和核聚变的概念，知道重核裂变和轻核聚变中能释放出巨大的能量．(重点)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、难点)一、核裂变与链式反应1．核裂变重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型的铀核裂变(1) 23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(2)23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n二、受控热核反应1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.(3)条件：①轻核的距离要达到10－15_m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．2．受控热核反应人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．3．优点(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．4．约束方法磁约束和惯性约束．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)(2)裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)(3)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)(4)轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)(5)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√) 2．下列属于原子核裂变的链式反应的是( )A．核电站发电B．天然气的形成C．石油的形成D．利用太阳能发电A [核电站是利用原子核的链式反应发电的，A选项正确；石油和天然气的形成是复杂的过程，属于化学变化，B、C选项错误；太阳能辐射是以热传递的形式传递热量，D选项错误．] 3．据《每日邮报》报道，英国一名13岁的小学生近日宣布自己在学校实验室实现了核聚变．他表示用氘聚变氦的过程中检测到了中子，证明聚变成功，成为世界上实现聚变的最年轻的人．下面列出的核反应方程，属于聚变的是( )A.21H＋21H―→32He＋10nB.23892U―→23490Th＋42HeC.157N＋11H―→126C＋42HeD.2713Al＋42He―→3015P＋10nA [轻核聚变是指轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是轻核聚变，B是α衰变，C、D是原子核的人工转变，B、C、D选项错误，A选项正确．]重核裂变(1)核子受激发：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．(2)核子分裂：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．(3)能量：重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1 MeV,1 kg铀全部裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．【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D [重核裂变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或等于其临界体积，如果体积小于临界体积，中子可能从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数是守恒的，而核子数等于质量数，综上可知A、B、C均错．]对重核裂变的两点理解1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．训练角度1：对重核裂变的理解1．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )A．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易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关C [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，但铀块的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，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，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A 、B 、D 错误，C 正确．]训练角度2：裂变中核能的计算2．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U ＝390.313 9×10－27kg ，m n ＝1.674 9×10－27kg ，m Ba ＝234.001 6×10－27kg ，m Kr ＝152.6047×10－27 kg.试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．[解析] 此铀核裂变方程为10n ＋235 92U→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝0.357 8×10－27kg由爱因斯坦质能方程可得反应中释放的核能为 ΔE ＝Δmc 2＝0.357 8×10－27×(3.0×108)2 J ＝3.220 2×10－11J[答案] 10n ＋23592U→14156Ba ＋9236Kr ＋310n 3.220 2×10－11J轻核聚变要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m ，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应． 3．核聚变的特点(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． 4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．【例2】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u ，氚核质量m ＝3.018 0 u.(1)写出聚变方程； (2)释放出的核能为多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？[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 7－3.0180)u＝0.006 7u释放的核能ΔE＝0.006 7×931 MeV≈6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为6.24MeV＝2.08 MeV.3[答案] 见解析1．核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数守恒和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．2．轻核聚变释放核能的计算方法(1)根据质量亏损计算．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2训练角度1：对聚变的理解3．下列关于聚变的说法中，不正确的是 ( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应D [轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．]训练角度2：聚变核能的计算4．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A．3.7 MeV B．3.3 MeVC．2.7 MeV D．0.93 MeVB [在核反应方程21H＋21H→32He＋10n中，反应前物质的质量m1＝2×2.013 6 u＝4.027 2 u，反应后物质的质量m2＝3.015 0 u＋1.008 7 u＝4．023 7 u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.003 5 u.则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B正确．]课堂小结知识脉络1.核裂变：重核分裂为质量较小的核，释放出核能的反应.2.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.3.链式反应的条件：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.4.两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫核聚变．约束核聚变材料的方法有磁约束和惯性约束.1．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D [核反应过程中，核子数守恒，中子并未消失，故选项A、C均错误；能量来源于原子核内部，因重核裂变为中等质量的核时，比结合能增加而释放出能量，故选项B错误，D正确．] 2．1938年德国化学家、物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋3X.下列说法正确的是( )A．核反应方程中的X为质子B．核反应方程中的X为电子C．由核反应方程可得钡核的比结合能比铀核的比结合能大D．此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的C [根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中的X为中子10n，A、B错误；根据教材中原子核的比结合能曲线可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，C正确；如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，铀块的体积对于维持该反应是很重要的，D错误．]3．(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及到的基本核反应方程有：(1) 23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k10n.(2)21H＋31H→42He＋d10n.关于这两个方程的下列说法，正确的是( )A．方程(1)属于α衰变B．方程(1)属于重核裂变C．方程(2)属于轻核聚变D．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1BCD [方程(1)属于重核裂变，A选项错误，B选项正确；方程(2)属于轻核聚变，C选项正确；根据质量数守恒和电荷数守恒知，方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1，D选项正确．] 4．(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个11H转变为1个42He的过程中，释放的能量约为( )A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeVC [核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV＝26.6 MeV，选项C正确．]。