高二物理人教版选修1-2课件：34-35 裂变和聚变 核能的利用解析

四、裂变和聚变-人教版选修1-2教案一、教学目标1.了解裂变和聚变的基本概念及区别。

2.掌握裂变和聚变的原理及应用。

3.知道裂变和聚变对人类社会的影响。

二、教学内容1. 裂变1.1 基本概念裂变是指重核裂变成轻核和中子的过程。

也就是说，将原子核撞击得足够剧烈后，原子核就会发生裂变，并释放出大量的中子和大量的能量。

裂变发生的过程中，原子核的质量会发生变化，同时因为释放出大量的能量，往往会产生辐射。

1.2 原理及应用裂变技术在能源领域有着非常重要的应用价值。

目前，世界上大部分的核反应堆都是采用核裂变技术来发电的。

裂变技术还在其他领域有着广泛的应用，如医学、工业等方面。

1.3 影响裂变技术对人类社会的影响是非常显著的。

因为裂变技术的能源密度非常高，可以输出极大量的能量，因此可以解决能源短缺的问题。

但是，裂变产生的辐射也对环境和人类健康造成了很大的危害，因此需要加强对辐射的监控和管理。

2. 聚变2.1 基本概念聚变是指把轻核聚合成重核的过程。

与裂变相比，聚变所产生的能量也非常巨大，但是聚变所产生的辐射却非常小。

在聚变过程中，氢原子核会融合成氦原子核，同时会产生大量的能量。

2.2 原理及应用聚变技术被认为是一种非常优秀的能源来源，因为它可以输出大量的能量，同时又不会产生大量的有害辐射。

聚变技术也可以应用到其他领域，如医学、工业等领域。

2.3 影响聚变技术对人类社会的影响也非常显著。

聚变技术可以解决能源短缺的问题，同时又不会对环境和人类健康造成大量的危害。

聚变技术在未来的能源开发和利用中将会起到非常重要的作用。

三、教学重点1.掌握裂变和聚变的基本概念。

2.熟悉裂变和聚变的原理及应用。

3.理解裂变和聚变对人类社会的影响。

四、教学方法课堂教学和实验教学相结合。

五、教学过程1. 裂变1.1 基本概念教师简单介绍裂变的基本概念，如何发生裂变以及裂变产生的中子和能量等。

1.2 原理及应用教师通过课件和动画演示，详细介绍裂变的原理以及裂变技术的应用，如核反应堆发电等。

高中物理 11裂变和聚变核能的利用素材新人教版选修1-2教学建议核能在新能源中占有很重要的地位,核能包括裂变能和聚变能。

在教学过程中,教师要注意引导学生阅读教材,展示相关图片,以问题为中心,说明现在核能的和平利用只是用重核裂变所释放的核能,和平利用聚变所产生的核能还在研究之中。

核能的和平利用主要利用核裂变能,核反应堆中发生的核反应就是重核的裂变反应。

教师在教学过程中引导学生阅读课文,了解核反应堆的组成和各部分的作用,知道核能发电有着广泛的应用。

资源参考可控核聚变核能包括裂变能和聚变能两种主要形式。

裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量,目前已经实现商用化。

因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少,而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料,这些因素限制了裂变能的发展。

另一种核能形式是目前尚未实现商用化的聚变能。

核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,这种反应在太阳上已经持续了50亿年。

氘在地球的海水中蕴藏量丰富,多达40万亿吨,如果全部用于聚变反应,释放出的能量足够人类使用几百亿年,而且反应产物是无放射性污染的氦。

聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。

作为21世纪理想的换代新能源,核聚变的研究和发展对中国和亚洲等能源需求巨大、化石燃料资源不足的发展中国家和地区有特别重要的战略意义。

受控热核聚变能的研究分惯性约束和磁约束两种途径。

惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变。

磁约束是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性,构造一个特殊的磁容器,建成聚变反应堆,在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温,实现聚变反应。

有关重核裂变和轻核聚变的教学建议（1）重核裂变要利用原子能，就要设法让核能释放出来.怎样才能释放核能？教学中可以联系一些放能反应的实例进行讨论：由天然放射性元素原子核的衰变来取得原子核能行不行？例如铀238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV的能量，钴60的β衰变放出的β粒子有0.32MeV能量、放出的γ光子具有1.17MeV的能量.可见衰变过程也是释放能量的过程.可是天然衰变进行得非常缓慢（铀238的半衰期为4.49×109年，钴60的半衰期为5.27年），放出的功率很小，人又无法控制，实用价值不大（可用于医疗、科研）.靠原子核人工转变时放出的能量行不行？确实有能量放出来，但是粒子击中原子核的机会太少了，常常是用几百万个粒子才击中一、两次，这种做法是得不偿失的.在这样讨论的基础上再提出重核裂变和链式反应，学生的印象会更深刻些.重核裂变的机制，一般可不做说明.如果有的同学问到这个问题，可做粗浅的解释，告诉他们：中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核力迅速减小，不足以克服质子之间的库仑斥力，核就分裂成两部分.应当告诉学生，我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核裂变研究中作出的贡献.不过三分裂和四分裂现象发生得较少，它们产生的概率与二分裂现象产生的概率相比，分别为后者的千分之三和万分之三.应该让学生了解，维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.由于裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被裂变物质中所含的杂质吸收，所以链式反应未必能持续地进行下去.要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，还要增大裂变物质的体积.这就引入了临界体积的概念.要让学生了解，参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少.裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应就可以持续下去.还可以告诉学生，跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积（球形），直径只有4.8cm，相应的临界质量只有1kg左右.核反应堆，由于堆型的不同，临界质量可以从几kg到几百kg.核反应堆和核电站是现代科普知识，大纲中把这些知识列为选学内容，是为了增加教学中的机动性.教学中应尽量向学生介绍.核反应堆的教学，着重让学生了解用人工方法控制链式反应速度的原理，了解减速剂和控制棒的作用.阅读材料中介绍的快中子型反应堆（即增殖堆），从长远来看是很有前途的，应该指导学生阅读.这里，关于什么是快中子、慢中子和热中子，也可以向学生做些解释.裂变反应中放出的中子能量在0.1至20MeV之间，平均约2MeV.在反应堆中减速后，中子的动能减小到跟减速剂的原子核达到热平衡，这样的中子称为热中子.它的能量大小与周围的温度有关.在室温下，热中子的能量约为于这个能量的称为慢中子.在反应堆的研究中，有时也把能量高于热中子的全部中子归入快中子中.结合核电站的教学，应该适当介绍世界上各发达国家以及一些发展中国家和地区在核能发电上取得的进展，介绍我国广东大亚湾和浙江秦山核电站的有关情况，指明发展核电以适应现代化建设事业对能源日益增长的需要，是一种必然的趋势，使同学们能够正确认识我国对发展核电建设采取的政策和措施.（2）轻核的聚变.轻核聚变可以释放能量，它的原理在核反应核能的一节已经讲过.本节教学，可联系一些实例，让学生体会核聚变的意义.例如，可以举这样的例子：在这两个反应中，前一反应的材料是氘；后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物.所以氘是实现这两个反应的原始材料.只要有了氘核和适当的装置，使这两个反应能连续进行，就可从三个氘核的聚变中释放21.6兆电子伏的能量，平均每个核子释放的能量约为海水中是取之不尽的。

裂变和聚变核能的利用1.利用重核裂变释放核能时选用铀235核,主要原因是()A.它裂变放出核能比其他重核裂变多B.它可能分裂成三部分或四部分C.它能自动裂变,与体积无关D.它比较容易形成链式反应解析:铀235核易于吸收慢中子,容易形成链式反应。

答案:D2.核反应方程H+H→n,在该核反应中将()A.吸收能量质量增加B.吸收能量质量亏损C.放出能量质量亏损D.放出能量质量增加解析:聚变反应中质量亏损,释放能量。

答案:C3.U吸收一个慢中子后,分解成Ba和Kr,并放出()A.1个α粒子B.1个氘核C.3个中子D.2个中子解析:裂变方程为U+n→Ba+Kr+n,放出3个中子。

答案:C4.以下说法正确的是()A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量,则聚变必定吸收能量C.聚变需将反应物加热至数百万度以上高温,显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大能量解析:从形式上看,裂变与聚变似乎是互为逆反应,其实不然,因为二者的反应物与生成物全然不同。

裂变是重核分裂成中等核,而聚变则是轻核聚合成为次轻核,无直接关联,并非互为逆反应,A错误。

既然裂变与聚变不是互为逆反应,则在能量的流向上也不必相反,所以B错。

要实现聚变反应,必须使参加反应的轻核充分接近,需要数百万度高温提供能量。

但聚变反应一旦实现,所释放的能量远大于所吸收的能量。

因此,总的说来,聚变反应还是释放能量,故D正确,C 错误。

答案:D5.在某些恒星内,3个α粒子结合成一个C,C原子的质量是12.0000u,He原子的质量是4.0026u,已知1u=1.66×10-27kg,则(1u相当于931.5MeV的能量)()A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.0078uB.反应过程中的质量亏损是Δm=1.29×10-29kgC.反应过程中放出的能量是7.266MeVD.反应过程中放出的能量是1.16×10-19J解析:其反应方程是He C。