高中物理3-5 第六节 重核的裂变

高中物理学习材料唐玲收集整理第6节核裂变1．重核裂变重核被______轰击后分裂成两块质量________的新原子核，释放出______的反应．用______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3个中子．核反应方程式为：23592U＋________→14156Ba＋8936Kr＋310n.2．链式反应：当一个______引发一个铀核裂变后，反应释放出的______又轰击其他原子核产生裂变，……这样的反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的______反应．临界体积和临界质量：通常把裂变物质能够发生链式反应的________叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量．发生链式反应的条件：裂变物质的体积必须__________临界体积，或裂变物质的质量必须__________临界质量．3．(1)核电站：是利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：①燃料：______；②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用________、____________作慢化剂；③控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉__________的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．(2)工作原理：核燃料______释放能量，使反应区温度升高．(3)能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．(4)核污染的处理：为避免________对人体的伤害和____________对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，________.【概念规律练】知识点一重核的裂变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．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2.235 92U吸收一个慢中子后，分裂成136 54Xe和9038Sr，并生成下列什么粒子( )A．一个α粒子B．3个中子C．10个中子D．10个质子3．下列核反应方程，属于裂变反应的有( )A.23892U→23490Th＋42HeB.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310nC.3015P→3014Si＋01eD.94Be＋42He→126C＋10n知识点二裂变的应用4．目前核电站利用的核反应是( )A．裂变，核燃料为铀B．α衰变，核燃料为铀C．裂变，核燃料为氘D．β衰变，核燃料为氘5．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等．在下列核反应中，属于核裂变反应的是( )A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892Th→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n【方法技巧练】裂变产生核能的计算6．铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是235 92U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(23592U、14156Ba、9236Kr、10n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u)；(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107J/kg)1．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )A．它比较容易发生链式反应B．能自动裂变，与体积无关C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多2．重核的裂变就是( )A．重核分裂成核子的核反应B．重核分裂成许多质量很小的轻核的核反应C．重核分裂成两个或两个以上中等质量的核的核反应D．中等质量的核分裂为质量很小的轻核的核反应3．现已建成的核电站发电的能量主要来自于( )A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量4．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV的能量，则1 g纯235 92U完全发生核反应时放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)( )A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV5．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．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235D．铀块的体积对产生链式反应无影响6．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )A．使用浓缩铀B．改变铀块的临界体积C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数目D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度7．下列关于铀裂变和核电站的说法中正确的是( )A．铀235只要俘获中子就能进行链式反应B．铀235裂变后的生成物是多种多样的，但这些裂变都要发生质量亏损C．核电站中镉棒是起减速剂的作用D．核电站使用后的核废料必须装入特制容器，深埋地下8．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为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9．我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1947年在法国巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核物理研究中做出的贡献，它是将中子打入铀核后所发生的核反应，它属于( )A．人工核转变B．重核的裂变C．铀核的衰变D．轻核的聚变10．下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7) u C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2JD．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5MeV11．如图1所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象．下列说法中正确的是( )图1A．若D和E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D和E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若A能分裂成B和C，分裂过程一定要释放能量D．若A能分裂成B和C，分裂过程一定要吸收能量题1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 号答案Xe＋1010n是铀核裂变核反应中的一个，已知：235 92U的原子12.核反应235 92U＋10n→9038Sr＋13654Xe的原子质量135.907 2 u，质量为235.043 9 u，9038Sr的原子质量为89.907 7 u，13654中子的质量为1.000 867 u，求这个反应中释放的核能为多少MeV？(保留三位有效数字)第6节核裂变课前预习练1．中子差不多核能中子10n2．中子中子链式最小体积大于或等于大于或等于3．(1)反应堆①铀棒②石墨重水和普通水③吸收中子(2)裂变(3)循环流动(4)核射线放射性物质水泥层放射性深埋地下课堂探究练1．D[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．因而其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量的．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少的，如235 92U裂变为9038Sr和136 54Xe的核反应，其核反应方程为：235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010n 其中各粒子质量分别为m U＝235.043 9 u，m n＝1.008 67 um Sr＝89.907 7 u，m Xe＝135.907 2 u质量亏损为Δm＝(m U＋m n)－(m Sr＋m Xe＋10m n)＝0.151 0 u可见铀裂变的质量亏损远小于一个核子的质量，核子数是不会减少的，因此选项A 、B 、C 错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，还会再发生质量亏损，从而释放出核能．综上所述，选项D 正确．]2．C [设放出的粒子的质量数为x ，电荷数为y ，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒．由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧ 235＋1＝136＋90＋x 92＝54＋38＋y 则⎩⎪⎨⎪⎧x ＝10y ＝0 由此判定核反应放出的一定是中子，且个数是10，C 选项正确．]3．B [A 选项是α衰变，B 选项是裂变，C 选项是放射性元素的衰变，D 选项是查德威克发现中子的人工转变方程，故B 正确，A 、C 、D 错．]4．A [目前核电站使用的裂变材料是铀，铀在地壳中的含量较高，铀发生裂变反应产生大量的热量，驱动汽轮机发电．]5．D [裂变是重核俘获中子后变成中等质量的原子核，同时还要放出几个中子的过程，故只有选项D 正确．]6．(1)200.6 MeV (2)5.14×1026MeV ，相当于燃烧2 800 t 煤． 解析 (1)裂变反应的质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u ＝0.215 3 u 一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE ＝Δmc 2＝0.215 3×931.5 MeV ＝200.6 MeV (2)1 kg 铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔE N ＝N ·ΔE ＝2.56×1024×200.6 MeV ＝5.14×1026 MeV 设q 为煤的热值，M 为煤的质量，有ΔE N ＝qM ，所以M ＝ΔE N q ＝5.14×1026×106×1.6×10－192.94×107kg ≈2 800 t方法总结 因为铀235的摩尔质量为235 g /mol ，1 mol 铀含有6.02×1023个铀核，故1 kg 铀中原子核的个数也可用N ＝1 000235×6.02×1023＝2.56×1024的方法求得．课后巩固练1．A [铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大．]2．C [核反应中把重核分裂成中等质量的核，并释放出核能的反应，称为裂变．] 3．C [核电站发电的能量主要来自于重核的裂变放出的能量，正确选项为C .]4．D [1 g 纯铀235有1235×N A 个铀235的原子核，因此1 g 铀吸收中子完全发生核反应，可以释放出1235×N A ×196 MeV 的能量，即D 正确，A 、B 、C 错误．]5．BC [铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小；而要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积．故上述选项B 、C 正确．]6．C [控制核反应的速度是靠调节中子数目来实现，即用镉棒吸收中子改变中子数目．] 7．BD 8．A [由质量数守恒和电荷数守恒知235＋1＝a ＋94＋2×1,92＝b ＋38 解得a ＝140，b ＝54，其中a 为X 的质量数，b 为X 的核电荷数，X 核中的中子数为a －b ＝140－54＝86，由此可知A 正确，B 错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C 、D 均错误．]9．B 10．BD [计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u ”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．]11．AC[题目图样说明了不同原子核的核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数的关系．从图中可以看出，Fe的核子的平均质量最小，D、E的核子的平均质量比F大，故D、E结合成F时，总质量会减少，应释放核能．同样的理由，A分裂成B和C时，总质量也会减少，一定会释放核能．]12．206 MeV。

第6节核裂变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。

一、核裂变1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。

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＋10 n→144 56Ba＋8936Kr＋310n。

3．链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。

4．临界体积和临界质量把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。

5．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。

二、核电站1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。

2．慢化剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水。

3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒。

4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。

5．核能发电的效益(1)一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤250万吨。

(2)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。

(3)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、石油等所提供的能量大15倍左右，核电对环境的污染比火电小。

6．核污染的处理为阻止射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制容器，深埋地下。

第六节 核裂变学 习 目 标知 识 导 图知识点1 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235， 92U ＋10n ―→错误!Ba ＋错误!Kr ＋__3错误!n__。

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__。

知识点3核电站1．核电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。

各部分作用如下:（1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3％～4％)制成__铀棒__作为核燃料,释放__核能__.（2)减速剂：用__石墨、重水和普通水__,使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收。

(3)控制棒：由吸收中子能力很强的__镉__制成，用以控制__反应速度__。

（4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的__水泥壁__，可防止射线辐射出去。

（5)热交换器:靠__水__和__液态金属钠__在反应堆内外的循环流动,把产生的热量传输出去。

2．核电站与火电站相比有何优缺点(1）优点：①核电站消耗的燃料__很少__。

②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量__很大__。

③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要__少得多__。

（2）缺点：①一旦核泄漏会造成严重的__核污染__。

②核废料处理__比较困难__。

预习反馈『判一判』(1）只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。

(×）(2）中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。

（×)(3）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。

(×)（4）核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。

(√）(5)核反应堆用过的核废料无毒无害.(×）『选一选』山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。

人工核反一、人工核反1．核反应⑴ 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。

⑵ 重要的人工核反应第一次实现原子核的人工转变：4141712781He N O H +→+（发现质子的核反应）第一次人工制造放射性同位素：427301213150He Al P n +→+发现中子的核反应：941214260Be He C n +→+2．核裂变与核聚变⑴ 重核的裂变① 重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。

② 铀核的裂变：123514489109256360n U Ba Kr 3n +→++ （Kr 是氪）③ 在一定条件下，由重核裂变产生的中子，再引起新的裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。

这种由重核裂变产生的中子使核裂变一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。

裂变物质的体积是链式反应能否进行的重要因素。

只有当体积足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中新原子核，使链式反应进行下去。

通常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。

⑵ 核聚变① 两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。

② 典型的聚变反应：23411120H H He n +→+③ 要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到1510m -以内，核力才能起作用。

由于原子核都带正电，要使它们接近这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。

有一种办法是把它们加热到很高的温度。

当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变。

因此，聚变又叫热核反应。

④聚变与裂变相比有很多优点。

第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全清洁。

典例精讲【例2.1】（2019春•平顶山期末）我国核聚变反应研究的科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。

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。

第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的构成。

知道放射性和原子核的衰变。

会用半衰期描绘衰变速度，知道半衰期的统计意义。

（2）认识放射性同位素的应用。

知道射线的危害和防备。

例 1 认识放射性在医学和农业中的应用。

例 2 检查房子装饰资料和金饰资猜中拥有的放射性，认识有关的国家标准。

（3）知道核力的性质。

能简单解说轻核与重核内中子数、质子数拥有不一样比率的原由。

会依据质量数守恒和电荷守恒写出核反响方程。

（4）认识原子核的联合能。

知道裂变反响和聚变反响。

关注受控聚变反响研究的进展。

（5）知道链式反响的发生条件。

认识裂变反响堆的工作原理。

认识常用裂变反响堆的种类。

知道核电站的工作模式。

（6）经过核能的利用，思虑科学技术与社会的关系。

例 3 思查核能开发带来的社会问题。

（7）初步认识恒星的演化。

初步认识粒子物理学的基础知识。

例 4 认识加快器在核物理、粒子物理研究中的作用。

2．活动建议：（1）经过查阅资料，认识常用的射线检测方法。

（2）观看有关核能利用的录像片。

（3）举办有关核能利用的科普讲座。

新课程学习19．6重核的裂变★ 新课标要求（一）知识与技术1．知道核裂变的看法，知道重核裂变中能开释出巨大的能量。

2．知道什么是链式反响。

3．会计算重核裂变过程中开释出的能量。

4．知道什么是核反响堆。

认识常用裂变反响堆的种类，认识核电站及核能发电的优缺点。

（二）过程与方法1．经过对核子均匀质量与原子序数关系的理解，培育学生的逻辑推理能力及应用教课图像办理物理问题的能力。

2．经过让学生自己阅读课本，查阅资料，培育学生归纳与归纳知识的能力和提出问题的能力。

（三）感情、态度与价值观1．激发学生热爱科学、探究真谛的激情，建立脚踏实地的科学态度，培育学生基本的科学修养，经过核能的利用，思虑科学与社会的关系。

2．经过教课，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。

3．确定世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必定按照能量守恒的看法。