高中物理 第4章 核能 4.3 核聚变 4.4 核能的利用与环境保护教案
高中物理 第4章 波与粒子 第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护学业分层测评 鲁科版选修35
第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定多C．聚变反应中粒子的平均结合能变大D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变多E．聚变反应过程中释放核能，故反应后质量减少【解析】在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、E正确，D错误．【答案】BCE2．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，正确说法正确的是( )【导学号：18850055】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E．可控热核反应目前还不能用于核电站实现发电【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错误，C正确；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，可控热核反应目前还不能用于核电站实现发电，故D错误，E正确．【答案】ACE3．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应．核反应方程是411H―→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示电子(0＋1e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2E．这个核反应过程中有两个质子转化为两个中子【解析】由质量数守恒和核电荷数守恒可知，方程中的X表示电子0＋1e，A错误，B正确；这个核反应过程中，生成物42He中含有两个质子和两个中子，故四个质子中有两个转化为中子，同时放出两个正电子，E正确；该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错误，D正确．【答案】BDE4．2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是( )A．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2D．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2E．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性【解析】由核反应方程221H→32He＋10X知，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D、E正确．【答案】BDE5．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( )【导学号：18850056】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E．核燃烧的质量相同时，聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多【解析】21H＋31H→42He＋10n是氢核聚变方程，故A项正确；根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，氢核聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多，C、E正确．【答案】ACE6．(2016·青岛二中检测)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1)23592U ＋10n→9038Sr ＋13654Xe ＋k 10n ；(2)21H ＋31H→42He ＋d 10n ；关于这两个方程，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 ＝1E ．方程(1)中k ＝1，方程(2)中d ＝10【解析】 方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，故A 错，B 、C 对．据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒，可求出k ＝10，d ＝1，故D 对，E 错．【答案】 BCD7．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H ＋12 6C ―→137N ＋Q 1 ①， 11H ＋157N ―→126C ＋X ＋Q 2 ②，方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：1212【解析】 由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X 为42He ，①式的质量亏损为Δm 1＝1.007 8 u ＋12.000 0 u －13.005 7 u ＝0.002 1 u ．②式的质量亏损为Δm 2＝1.007 8 u ＋15.000 1 u －12.000 0 u －4.002 6 u ＝0.005 3 u ，所以Δm 2>Δm 1根据质能方程ΔE ＝Δmc 2可求解Q 2>Q 1.【答案】 42He <8．如下一系列核反应是在恒星内部发生的： p ＋126C→137N13 7N→13 6C ＋e ＋＋μp ＋136C→147N p ＋147N→158O15 8O→15 7N ＋e ＋＋μp ＋157N→126C ＋α其中p 为质子，α为α粒子，e ＋为正电子，μ为一种中微子．已知质子的质量m p ＝1.672 648×10－27kg ，α粒子的质量m α＝6.644 929×10－27kg ，正电子的质量m e ＝9.11×10－31kg ，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c ＝3×108m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量.【导学号：18850057】【解析】为求出系列反应完成后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p→α＋2e＋＋2μ.设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得Q＝(4m p－mα－2m e)c2代入数据可得Q≈3.95×10－12 J.【答案】 3.95×10－12 J[能力提升]9．如图431所示，托卡马克(tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera (真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下列判断中可能正确的是( )图431A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D．这种装置是科学家设想的其中一种方案E．该装置是利用聚变物质的惯性进行约束【解析】聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A对；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故B对；核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故C错；该装置是科学家设想的其中一种方案，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故D对，E错．【答案】ABD10．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是21H＋31 H―→42He＋10n，反应原料氘(21H)富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人工核转变得到．(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核(31H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：________＋10n―→________＋31H.(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个63Li核实现了核转变？(阿伏加德罗常数N A 取6.0×1023 mol－1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为 5.6×10－13 J，求该核聚变过程中的质量亏损．【解析】 (1)核反应方程为：63Li ＋10n ―→42He ＋31H.(2)因为1 g 氚为13 mol ，根据核反应方程，实现核转变的63Li 也为13mol ，所以有2.0×1023个63Li 实现了核转变．(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5个核子释放总能量ΔE ＝5×5.6×10－13J ＝2.8×10－12J ，所以质量亏损为Δm ＝ΔE c2＝2.8×10－1282kg ＝3.1×10－29kg.【答案】 (1)63Li 42He (2)2.0×1023个 (3)3.1×10－29 kg11．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近几年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.014 1 u ，氚原子的质量为3.016 0 u ，氦原子的质量为4.002 6 u ，中子的质量为1.008 7 u,1 u ＝1.66×10－27kg.(1)写出氘和氚聚变的反应方程； (2)试计算这个核反应释放出来的能量；(3)若建一座功率为3.0×105kW 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗氘的质量？(一年按3.2×107s 计算，光速c ＝3.0×108m/s ，结果取两位有效数字)【解析】 (1)氘和氚聚变的反应方程为21H ＋31H→42He ＋10n.(2)该反应过程的质量亏损Δm ＝2.0141 u ＋3.0160 u －4.0026 u －1.0087 u ＝0.0188 u ＝3.1208×10－29kg释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝3.1208×10－29×(3×108)2 J ＝2.8×10－12J.(3)设每年要消耗的氘的质量为M ，氘原子的质量为M D 由能量守恒可得：M M D·ΔE ·η＝Pt 可得：M ＝ptM DΔE ·η＝3.0×105×103×3.2×107×2.0141×1.66×10－272.8×10－12×0.5 kg ＝23 kg. 【答案】 (1)21H ＋31H→42He ＋10n (2)2.8×10－12J (3)23 kg。
高中物理概念核聚变教案
高中物理概念核聚变教案教案范本教学目标：1. 了解核聚变的定义和原理；2. 掌握核聚变在太阳等恒星中的重要作用；3. 理解核聚变在地球上的应用。
教学重点：1. 核聚变的定义和原理；2. 核聚变在太阳等恒星中的作用；3. 核聚变在地球上的应用。
教学难点：1. 理解核聚变过程中的能量转化；2. 掌握核聚变在太阳等恒星中的核心作用。
教学过程：一、核聚变的定义和原理（15分钟）1. 介绍核聚变的概念和定义；2. 解释核聚变是指两个轻核聚合成一个较重的核的过程；3. 讲解核聚变是放出能量的过程，是一种巨大的能源。
二、核聚变在太阳等恒星中的作用（20分钟）1. 介绍太阳的能量来源是核聚变；2. 解释太阳中氢原子核融合成氦原子核释放出大量的能量；3. 讲解核聚变是维持太阳恒星运行的能源。
三、核聚变在地球上的应用（20分钟）1. 介绍地球上的核聚变实验；2. 解释核聚变在地球上的应用可以产生清洁、高效的能源；3. 讲解核聚变在地球上广泛应用的前景。
四、核聚变实验（25分钟）1. 给学生展示一些核聚变实验的视频；2. 让学生做实验演示，体验核聚变的过程；3. 引导学生思考核聚变的未来应用。
五、课堂小结（10分钟）1. 复习核聚变的定义和原理；2. 总结核聚变在太阳和地球上的重要作用；3. 引导学生思考核聚变的未来发展。
六、作业布置（5分钟）1. 布置学生阅读相关资料，了解更多关于核聚变的知识；2. 撰写一篇关于核聚变的作文，表达对于核聚变的看法和未来展望。
教学反思：通过本节课的学习，学生能够全面了解核聚变的概念、原理和应用，增强对核聚变的兴趣和认识。
同时，通过核聚变实验的演示和讨论，培养学生的实验能力和动手能力，激发学生的创新和探索精神。
在未来的教学中，可以结合实际案例和科技发展，进一步深化学生对核聚变的理解和应用。
2020高中物理核聚变教案大全
2020高中物理核聚变教案大全核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。
接下来是小编为大家整理的2020高中物理核聚变教案大全，希望大家喜欢!2020高中物理核聚变教案大全一新课标要求(一)知识与技能1.了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展.3.知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
(二)过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力(三)情感、态度与价值观1.通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2.认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
课时安排1 课时教学过程(一)引入新课复习提问1：利用核能的两大途径分别是什么?☆学生：轻核的聚变核重核的裂变。
复习提问2：利用重核裂变获取核能时，有哪些不利因素?☆学生：燃料利用率低，废料处理存在隐患。
复习提问3：什么是核子平均质量?从核子平均质量曲线可以看出，最大效能利用核能的途径是什么?☆学生：原子核的质量除以核子总数;轻核聚变。
教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。
从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。
前苏联用了四年，美国用了7年。
氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。
这节课我们就来研究聚变的问题.学生：学生认真仔细地听课点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。
(二)进行新课1.聚变及其条件提问：请同学们阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变?学生仔细阅读课文学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
高中物理 第4章 核能 第4节 核能的利用与环境保护 受控热核反应素材 鲁科版选修35
受控热核反应受控热核反应是一门新兴的学科，至今才有二十余年历史。
由于工农业生产的发展，能源的需要急剧上升。
据统计世界能源的需要每八年翻一番。
受控热核反应是核能利用的第二条途径，有可能是一个新的廉价的巨大能源，因此这门学科受到各国的普遍重视，发展极为迅速。
1．受控热核反应棗未来世界能源问题比较彻底解决的途径。
虽然重核的裂变为人类提供了一个崭新的能源，但仍然有它一定的局限性，譬如核燃料工艺复杂、费用昂贵、使用之后废物综合处理困难等都还一时难以解决，而且铀燃料的储量毕竟还是有限，所以还得寻找一项更为理想的核能利用途径。
热核反应所需要的原料是重氢（即氘），它含在普通的水中，而水则遍布地球的五洲四大洋。
据估计，仅从海水中提取的氘，就可供人类使用200亿年，因此可以说，受控热核反应这个新的核能源是取之不尽、用之不竭，是解决未来世界能源的一个重要方向。
除了原料来源极端丰富之外，热核反应还具有如下几个独特优点：它单位质量释放能量比裂变反应释放能量高3～4倍；热核反应之后最后生成物是α粒子与中子，放射性少，放射性寿命短，比裂变过程要干净得多；从热核反应中得到大量的中子，它可以用来生产核武器中的重要原料“钚”。
所以受控热核反应的研制具有很大的政治意义、经济意义和军事意义。
2．受控热核反应的简单原理受控热核反应是利用元素周期表中最轻的元素氘（或者氚）聚变反应成紧密束缚的较重的氦原子核，从而释放出巨大图8-5 质量亏损示意的能量。
这能量是由于聚变反应前后发生了质量亏损，即氘和氚聚合成氦（He4）加中子，会出现后者比前者质量减少的现象。
根据爱因斯坦公式E＝mc2，亏损掉的质量就会以和它相当的能量形式释放出来。
但由于参与聚变的原子核带有正电荷，它们之间有很强的静电排斥力，只有当我们使它们之间用极高的速度相互碰撞，才会发生数量可观的聚变反应。
这速度据计算，差不多需要每秒几百公里至一千公里。
用人为的办法实现这个反应目前已经在氢弹爆炸中做到了，但它是非可控的，其释放的能量难于利用。
2019_2020学年高中物理第4章核能第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护随堂演练巩固提升课件鲁科版选修
解析：选 B.该聚变反应释放了能量，是因为发生了质量亏 损，A、C 错；该聚变反应产生了新原子核11H，B 对；目前 核电站都是用重核裂变发电的而不是用轻核聚变，D 错．故 正确答案为 B.
2.下列说法中正确的是( ) A．重核裂变时放出能量，轻核聚变时吸收能量 B．聚变反应中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多 C．裂变时产生放射性物质处理起来比热核反应时产生放射 性物质简单得多 D．太阳辐射出的能量是由太阳内部的裂变反应产生的
4.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等
离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可
能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为 621H―
→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV，由平衡条件可知( )
A．k＝1，d＝4
B．k＝2，d＝2
C．k＝1，d＝6
D．k＝2，d＝3
3．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子 和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( ) A．吸收能量，生成的新核是42He B．放出能量，生成的新核是42He C．吸收能量，生成的新核是32He D．放出能量，生成的新核是32He 解析：选 B.聚变出现质量亏损，一定放出能量，由质量数 守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是42He，选项 B 正确．
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·c2≈17.6 MeV. 答案：10n(或中子) 17.6
[课时作业] 一、单项选择题 1.原子弹和氢弹的制造原理分别是( ) A．都是根据重核的裂变 B．都是根据轻核的聚变 C．原子弹是根据轻核聚变，氢弹是根据重核裂变 D．原子弹是根据重核裂变，氢弹是根据轻核聚变 解析：选 D.原子弹是根据重核裂变原理制造的，氢弹是根 据轻核聚变原理制造的．
高中物理4核裂变与核聚变图片ppt课件
核医学
展示核医学在诊断和治 疗疾病方面的应用的图
片。
核科学研究设施
展示用于核科学研究的 大型实验设施及其实验
过程的图片。
05 核能利用现状、 问题与挑战
当前能利用现状分析
全球核能发电量占比
核能发电在全球能源供应中占据重要地位，尤其在发达国 家，核能发电占比相对较高。
核能技术应用领域
除了发电，核能还在医疗、工业、农业等领域得到广泛应 用，如放射性同位素在医学诊断和治疗中的应用。
清洁能源
与裂变反应产生的放射性废料不同，核聚变的产物不会对环境造成长期污染。因此，核聚变被认为是一种清洁、 安全、可持续的能源来源。通过可控核聚变技术，人类有望在未来实现能源的自由利用，解决能源危机问题。
04 核裂变与核聚变 图片展示
实验室中核裂变实验装置图片
粒子加速器
用于加速中子或质子等粒子，以引发 核裂变反应。
爆炸过程
氢弹爆炸时，首先由裂变反应产生的高温高压引发聚变反应。在极短的时间内，大量氢核发生聚变， 释放出巨大的能量和中子。这些中子又会引发更多的裂变和聚变反应，形成连锁反应，使爆炸威力急 剧增加。
可控核聚变技术挑战
01 02
高温高压环境
实现可控核聚变需要创造极高的温度和压力环境，以克服库仑斥力，使 轻核接近到足够近的距离发生聚变反应。目前的技术手段还难以长时间 稳定地维持这种极端环境。
裂变产物与放射性污染
裂变产物
裂变产生的中等质量核素，具有放射 性。
放射性污染
裂变产物释放出的放射性物质对环境 造成的污染。包括α、β、γ射线等， 对人体和环境都有危害。需要采取严 格的防护措施来减少放射性污染的影 响。
03 核聚变反应过程 及条件
高中物理第4章核能第4节核能的利用与环境保护核爆炸的和平利用素材鲁科版选修
核爆炸的和平利用强烈的核爆炸被超级大国作为进行核讹诈政策服务，因而“核爆炸”一词听起来似乎令人生畏。
但是，核爆炸也完全可以为和平建设服务。
原子爆炸可以使大规模的治山治水的工程得以加速进行，据计算，一公斤核燃料爆炸，就可以搬走相当于二十五万人工一天劳动开挖的土方。
美国早在多年以前就计划过“犁头”规划，准备爆炸几颗核弹头来改造自然。
核爆炸形成的巨大土方，可以形成很大堆积，几分钟时间能在一条大的河流上形成一个土方大坝来改变河流方向。
譬如说，在我国西北地区有不少浩瀚无边的大沙漠，就因终年缺水成为不毛之地，如新疆塔里木盆地，有图9-8 核爆炸的和平利用一块面积接近江、浙两省面积的大沙漠，叫塔克拉玛干大沙漠，一条很大的塔里木河就绕着它白白流去。
如果能用核爆炸在塔里木河中段筑起大坝，迫使河流改道流入大沙漠中部。
同时再纵横交错开出二条大运河，把塔里木盆地北部的塔里木河，与南部的克里雅河相沟通，那么赤地千里的沙漠将变成无垠的绿洲。
我们还可以按自己的意志，在需要蓄水的地区，用核爆炸开挖出一系列直径从几百公尺到几千公尺大小不等的人工湖泊，把祖国的西北大地点缀起来。
这样，西北地区的气候将发生很大变化，也许会变得温暖宜人，风调雨顺，遍地郁郁葱葱。
正如毛主席在一九三五年长征路过昆仑山时写下的《念奴娇·昆仑》那样：“而今我谓昆仑：不要这高，不要这多雪。
安得倚天抽宝剑，把汝裁为三截？一截遗欧，一截赠美，一截还东国。
太平世界，环球同此凉热”。
我国的西南有世界上最高的青藏高原，横亘着连绵不断的高山峻岭，将来也可以考虑用核爆炸在沉睡千年的深山里，炸开一个个通道，更紧密地把西藏和祖国东部地区联系在一起。
核爆炸更可以应用在石油的开采和大型铁矿、煤矿露天开采的剥离土方工作上。
有些油田地质比较特殊，岩层过于紧密，含油层处于较深的地层下，开采比较困难，如果采用适当的地下核爆炸，压碎岩层结构，增加岩层的空隙度，就可以使深部高压的含油层、含气层，逐步通过岩层缝隙跑到上部，这样只要钻探一些浅井即可采油。
高中物理第4章核能第4节核能的利用与环境保护受控热核反应素材鲁科版选修
受控热核反应受控热核反应是一门新兴的学科，至今才有二十余年历史。
由于工农业生产的发展，能源的需要急剧上升。
据统计世界能源的需要每八年翻一番。
受控热核反应是核能利用的第二条途径，有可能是一个新的廉价的巨大能源，因此这门学科受到各国的普遍重视，发展极为迅速。
1．受控热核反应棗未来世界能源问题比较彻底解决的途径。
虽然重核的裂变为人类提供了一个崭新的能源，但仍然有它一定的局限性，譬如核燃料工艺复杂、费用昂贵、使用之后废物综合处理困难等都还一时难以解决，而且铀燃料的储量毕竟还是有限，所以还得寻找一项更为理想的核能利用途径。
热核反应所需要的原料是重氢（即氘），它含在普通的水中，而水则遍布地球的五洲四大洋。
据估计，仅从海水中提取的氘，就可供人类使用200亿年，因此可以说，受控热核反应这个新的核能源是取之不尽、用之不竭，是解决未来世界能源的一个重要方向。
除了原料来源极端丰富之外，热核反应还具有如下几个独特优点：它单位质量释放能量比裂变反应释放能量高3～4倍；热核反应之后最后生成物是α粒子与中子，放射性少，放射性寿命短，比裂变过程要干净得多；从热核反应中得到大量的中子，它可以用来生产核武器中的重要原料“钚”。
所以受控热核反应的研制具有很大的政治意义、经济意义和军事意义。
2．受控热核反应的简单原理受控热核反应是利用元素周期表中最轻的元素氘（或者氚）聚变反应成紧密束缚的较重的氦原子核，从而释放出巨大图8-5 质量亏损示意的能量。
这能量是由于聚变反应前后发生了质量亏损，即氘和氚聚合成氦（He4）加中子，会出现后者比前者质量减少的现象。
根据爱因斯坦公式E＝mc2，亏损掉的质量就会以和它相当的能量形式释放出来。
但由于参与聚变的原子核带有正电荷，它们之间有很强的静电排斥力，只有当我们使它们之间用极高的速度相互碰撞，才会发生数量可观的聚变反应。
这速度据计算，差不多需要每秒几百公里至一千公里。
用人为的办法实现这个反应目前已经在氢弹爆炸中做到了，但它是非可控的，其释放的能量难于利用。
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第3节核聚变 第4节核能的利用与环境保护 ●课标要求
知识与技能 1.了解聚变的特点及条件． 2．了解核反应堆和核电站的基本原理．
3．了解核能利用的优势、危害及其防护措施． 过程与方法 通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力.
情感态度与价值观
1.通过学习，使学生进一步认识到科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学． 2.认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力. ●课标解读 1．了解聚变反应的特点及其条件． 2．了解可控热核反应及其研究和发展，知道核电站的工作模式． 3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景． ●教学地位 轻核的聚变也是核能释放的一条途径，聚变反应中，平均每个核子放出的结合能要比裂变中平均每个核子释放的能量大得多．但要让学生知道聚变反应要求条件很高，科学家正在研究和实验可控热核反应的装置．同时还要让学生了解热核反应在宇宙中是很普遍的，如太阳和许多恒星内部就进行着激烈的热核反应，但自然界中的热核反应不是人为控制的，我国在可控热核反应方面的实验处于世界前列． 有关核反应及核电站的内容学生初中已学过，教学中最好指导学生阅读有关核反应堆和增殖反应堆的内容，同时让学生树立一种观念，要一分为二的看清事物，核能可以造福人类，但也潜伏着对人类的危害和对环境的破坏作用. ●新课导入建议 问题导入 大海航行靠舵手，万物生长靠太阳．没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类．太阳是靠什么为地球生命提供巨大的能量呢？ ●教学流程设计 课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒
步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒步骤3：师生互动完成“探究1”除例1外可用变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路 ⇓ 步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究3”重在比较两种核反应⇐步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 ⇓ 步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】 课 标 解 读 重 点 难 点
1.了解聚变反应的特点及其条件． 2.了解可控热核反应及其研究和发展． 3.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类． 4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施.
1.轻核聚变反应的条件及其特点．(重点) 2.核聚变释放能量的计算．(重点) 3.约束方式的原理与特点．(难点)
轻核聚变及可控热核聚变反应 1.基本知识 (1)轻核聚变 采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式可获得核能．这样的核反应称为轻核聚变． (2)太阳内部核聚变的反应方程 21H＋31H→42He＋10n.
(3)核子聚变的条件 要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围． (4)物质第四态——等离子态 高温等离子体的密度及维持时间达到一定值时才能实现聚变． (5)约束等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、惯性约束． 2．思考判断 (1)太阳中发生的是可控热核聚变反应．(×) (2)轻核发生聚变反应不需要条件．(×) (3)轻核发生聚变反应核子必须接近到核力发生作用的范围．(√) 3．探究交流 为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的能力？ 【提示】 氢弹爆炸是热核反应，需要达到几百万摄氏度的高温才能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压，才能使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹能力的国家才能制造氢弹. 核能的利用及环境保护 1.基本知识 (1)核电站：将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂． 工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能． 燃料：反应堆以235 92U为燃料． (2)核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器． (3)核能的优势 ①核能发电比燃煤发电的成本低． ②核电站对环境污染比燃煤发电小得多． (4)核能利用存在的危害 ①核废料的高辐射性． ②放射性物质泄漏，产生核污染． ③核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏． 2．思考判断 (1)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应进行．(√) (2)磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子体约束在环形真空室内．(√) (3)目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电．(×) 3．探究交流 原子弹和氢弹的原理有何不同？ 【提示】 (1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置． (2)氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置，它利用21H和31H迅速地聚变成42He，产生比原子弹更为强烈的爆炸． 轻核聚变反应的理解 【问题导思】 1．聚变反应过程中平均结合能如何变化？ 2．聚变反应发生的条件是什么？ 3．氢弹是轻核聚变反应吗？ 1．从平均结合能的图线看，聚变后平均结合能增加，因此反应中会释放能量． 例如：31H＋21H―→42He＋10n＋17.51 MeV 2．聚变发生的条件 要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们之间的距离接近10－15m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温． 3．氢弹 氢弹是一种利用轻核聚变反应，在瞬间放出巨大能量的装置．由于轻核聚变需要几百万度的高温才能进行，所以先利用原子弹爆炸达到这样高的温度，在高温高压下，进而使核燃料发生核反应，原子弹爆炸时产生的高温，可以使其中的轻核发生如下核反应 21H＋21H―→31H＋11H＋4.0 MeV
21H＋31H―→42He＋10n＋17.51 MeV
21H＋21H―→32He＋10n＋3.25 MeV
32He＋21H―→42He＋11H＋18.3 MeV
所以氢弹爆炸时能释放更为巨大的能量． 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u. (1)写出聚变方程； (2)求释放出的核能多大？ (3)求平均每个核子释放的能量是多大？ 【审题指导】 (1)根据电荷数守恒和质量数守恒写核反应方程． (2)根据已知质量计算出核反应中的质量亏损． (3)根据爱因斯坦质能方程求释放的核能． 【解析】 (1)聚变方程：11H＋210n→31H. (2)质量亏损 Δm＝mH＋2mn－m ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u， 释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV.
(3)平均每个核子放出的能量为6.243 MeV＝2.08 MeV. 【答案】 (1)11H＋210n―→31H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV 1．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＋10n B．“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 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 【解析】 “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为21H＋31H―→42He＋10n，而B选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为E＝mc2，故选项A、C正确． 【答案】 AC 核能的利用与环境保护 【问题导思】 1．核能与常规能源相比有哪些明显优势？ 2．如何解决核能利用与环境保护的关系？ 3．怎样才能很好的处理核废料？ 1．核能利用 核原料提供的能量巨大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量．地球上的常规能源一般都无法跟核能相比．除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔．热核反应所需的氘更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场． 核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护． 2．环境保护 核电站为防止放射性物质的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块滞留裂变产物，外面密封锆合金包壳，第三道是压力边界，第四道是安全壳．这些措施大大提高了核能利用的安全性． 3．废料处理 对核废料先回收利用，剩下的废料就很少了，将其中低放射性废料进行沥青固化或水泥固化后，储存在地下浅层废料库，对高放射性的废料采用玻璃固化后，埋藏在深层废料库．加之实时监测等措施都降低了对环境污染的可能性． 4．核电站 (1)原理 原子核的链式反应是在人工控制下进行．释放的核能转化为内能，再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能，使核能为人类和平建设服务． (2)优点 ①核能发电比燃煤发电的成本低，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的燃煤发电站每年要消耗250万吨优质煤． ②核电站对环境的污染要比燃煤发电小得多． 关于核能的利用，下列说法正确的是( ) A．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆 B．在地球上，人类还无法实现聚变反应 C．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机” D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能 【解析】 现有核电站均为重核裂变反应释放能量．而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术．但