2017-2018学年高中物理第十九章原子核第6节核裂变教学案新人教版

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23592U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋__310n__。

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。

6 核裂变[学习目标] 1.知道什么是核裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能.3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染．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11．铀核裂变是如何发生的？答案铀核的裂变(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．铀核裂变在自然界中能自发进行吗？答案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＋10n→144 56Ba＋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、核电站[知识梳理]1．核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒．(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂；(3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度．2．工作原理核燃料裂变释放能量，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循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却．4．核污染的处理在反应堆的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，需要装入特制的容器，深埋地下．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( √)(2)核反应堆用过的核废料无毒无害．( ×)一、重核裂变与其释放核能的计算1．常见的裂变方程(1)235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210n(2)235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n2．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，根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小．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 2×10－11J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 ＋23592U ―→14156Ba ＋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 ＝3.578×10－28kg ，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝3.578×10－28×(3×108)2J ＝3.2202×10－11J.铀核裂变释放核能的计算(1)首先算出裂变反应中的质量亏损Δm . (2)根据ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能．(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n )，则铀块裂变释放的核能E ＝n ΔE . 二、核电站1．核电站的主要部件及作用如下表：2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大． (3)对环境的污染要比火力发电小．例3 如图2是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )图2A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案 B解析快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误.1．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( )A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态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，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D正确．2．一个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．3．(多选)秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于235 92U的裂变，下列说法正确的是( )A．反应堆中核反应速度通常是采用调节235 92U的体积来控制的B.235 92U的一种可能的裂变是235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210nC.235 92U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．一个235 92U裂变能放出200 MeV的能量，即3.2×10－11 J答案BD解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；235 92U裂变有多种可能性，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确．4．一个铀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m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c2答案 C解析铀235裂变时的质量亏损Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得E＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.一、选择题(1～4题为单选题，5～6题为多选题)1．链式反应中，重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是( )A．质子 B．中子 C．β粒子 D．α粒子答案 B解析在重核的裂变中，铀235需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变，所以重核裂变时放出的可使裂变反应不断进行下去的粒子是中子．2．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%，为了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站项目．目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( )A.235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010nB.2411Na―→2412Mg＋0－1eC.14 7N＋42He―→17 8O＋11HD.238 92U―→234 90Th＋42He答案 A解析重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A 正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变．3．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＝2B．X为中子，a＝3C．X为质子，a＝2D．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．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．当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A．含有的质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的中子数比裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案BD解析一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的中子数比裂变前重核的要少，选项B正确；裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，C项错；重核裂变的产物是多种多样的，D项正确．6．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害．则下列说法正确的是( ) A ．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B ．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害C ．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D ．核泄漏中放射性物质对人类是有害的 答案 ABD解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A 正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B 、D 正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C 错误． 二、非选择题7．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U 为燃料的反应堆中，当23592U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为235 92U ＋ 10n → 139 54Xe ＋ 9438Sr ＋ 310n235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u 为单位)，已知1 u 的质量对应的能量为931.5 MeV ，此裂变反应释放出的能量是________ MeV. 答案 180解析 此裂变反应的质量亏损为：(235.043 9＋1.008 7) u －(138.917 8＋93.915 4＋3×1.008 7) u＝0.193 3 u ， 由于1 u 的质量对应的能量为931.5 MeV ， ΔE ＝931.5×0.193 3 MeV≈180 MeV. 8．现有的核电站常用的核反应之一是：235 92U ＋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＝nΔE＝2.56×1024×197.5 MeV≈8.1×1013 J.。

6 核裂变课堂合作探讨问题导学一、核裂变活动与探讨11．重核的裂变能够自发地进行吗？2．发生链式反映的条件是什么？迁移与应用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取得的能量B．中子从铀块中通过时，必然发生链式反映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，所以重核裂变成中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能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．核子割裂：核子间的距离增大，因此核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而割裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引发其他铀核裂变，如此，裂变就会不断地进行下去，释放出愈来愈多的核能。

3．能量：铀核裂变成中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。

一般来讲，平均每一个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀235全数裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温。

二、核电站活动与探讨21．快中子增殖反映堆，简称“快堆”，是获取核能的一种技术。

快堆不用铀235，而用钚239作燃料，不过在堆心燃料钚239的外围再生区里放置铀238。

钚239产生裂变反映时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀238吸收，变成铀239，铀239通过两次β衰变后转化为钚239。

在大型快堆中，平均每10个钚239原子核裂变可使12至14个铀238转变成钚239。

如此，钚239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀238变成可用燃料钚239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖，所以这种反映堆又称“快速增殖堆”。

快中子增殖反映堆目前还处在研制阶段。

2011年7月21日10时，我国第一个由快中子引发核裂变反映的中国实验快堆成功实现并网发电。

如图为该快堆外景。

6 核裂变课堂互动三点剖析一、重核的裂变铀核裂变的几个特点：①铀核裂变能放出庞大的能量；②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.例如：n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+ n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+.二、链式反映维持链式反映要有必然的条件.若是每次裂变放出的中子平均有一个能再度引发裂变反映，或说一代裂变中子的总数很多于前一代的中子数，链式反映就可以维持下去.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反映.参加裂变反映的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反映就可以够持续下去.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4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反映堆不同，临界质量不同.三、裂变反映堆1.核反映堆的主要组成(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).(4)冷却剂.用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反映堆冷却，保证安全).(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各类射线.2.核能发电的优缺点长处：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄露会造成严峻核污染；②核废料处置困难.各个击破【例1】关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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映容易进行，最好用纯铀235D.铀块的体积对产生链式反映无影响解析：铀核裂变的产物是各类各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情形多，也有三割裂和四割裂的情形并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但能够俘获各类能量的中子而引发裂变，而铀238只有俘获快中子才能引发裂变，且概率小，而要引发裂变，铀块体积必需超过临界体积，故正确选项为B 、C.答案：BC【例2】已知铀235的质量为 9 u ，钡141的质量为 9 u ，氪92的质量为 3 u ，每一个中子质量为 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生×107 J 的热量) 解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )= 6 3 u= 3 u释放的能量：△E =△mc 2≈201 MeV1 kg 铀235含有的铀原子核数量为 N=2351000× ×1023=×1024 个 1 kg 铀完全反映释放的总能量为：E 总=N·△E=×1024 ×201×106××10-19 J=×1013J 1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000××107J=×1010 J ，故1 kg 铀完全反映相当于如此的煤完全燃烧的吨数为：n=×103 t.答案：×103 t【例3】利用反映堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却专门大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具有了进展核电的大体条件.(1)核反映堆中的“燃料”是U 23592，完成下面的核反映方程式n Xe Sr n U 10)(5490)(102359210++→+；(2)一座100万千瓦的核电站，每一年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为 9 u ，氙质量为 2 u=×10-27kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(102359210++→+. (2)核电站每一年放出的热量：Q=P·t=×109××103×24×365 J=×1016 J.一个U 23592裂变放出的能量：△E=△m ·c 2= 2-9× 7)××10-27×(3×108)2J ＝×10-11 J.需要浓缩铀：m=02.0⨯••A N E u Q ＝×103 kg 答案：(1) (2)×103kg。

核裂变三维教学目标一、知识与技术（1）明白核裂变的概念，明白重核裂变中能释放出庞大的能量；（2）明白什么是链式反映；（3）会计算重核裂变进程中释放出的能量；（4）明白什么是核反映堆。

了解常常利用裂变反映堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。

二、过程与方式（1）通过对核子平均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学图像处置物理问题的能力；（2）通过让学生自己阅读讲义，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。

3、情感、态度与价值观（1）激发学生酷爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培育学生大体的科学素养，通过核能的利用，试探科学与社会的关系；（2）通过教学，让学生熟悉到和平利用核能及开发新能源的重要性；（3）确立世界是物质的，物质是运动转变的，而转变进程必然遵循能量守恒的观点。

教学重点：链式反映及其释放核能的计算；重核裂变的核反映方程式的书写。

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割裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。

教学方式：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。

（一）引入新课大家都明白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日前后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，霎时间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。

大家还明白目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也接踵建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。

我想，此刻大家必然想明白原子弹爆炸及核发电的原理，那么，咱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。

（二）进行新课一、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？（重核割裂成质量较小的核的反映，称为裂变）总结：重核割裂成质量较小的核，释放出核能的反映，称为裂变。

提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反映才能放出核能）总结：不是所有的核反映都能放出核能，有的核反映，反映后生成物的质量比反映前的质量大，如此的核反映不放出能量，反而在反映进程中要吸收大量的能量。

第十九章原子核新课标要求1．内容标准〔1〕知道原子核的组成。

知道放射性和原子核的衰变。

会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。

〔2〕了解放射性同位素的应用。

知道射线的危害和防护。

例1 了解放射性在医学和农业中的应用。

例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。

〔3〕知道核力的性质。

能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。

会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反响方程。

〔4〕认识原子核的结合能。

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。

了解裂变反响堆的工作原理。

了解常用裂变反响堆的类型。

知道核电站的工作模式。

〔6〕通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。

例3 思考核能开发带来的社会问题。

〔7〕初步了解恒星的演化。

初步了解粒子物理学的根底知识。

例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。

2．活动建议：〔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．知道什么是链式反响。

3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。

4．知道什么是核反响堆。

了解常用裂变反响堆的类型，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。

〔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，培养学生根本的科学素养，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。

3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

★教学重点1．链式反响及其释放核能的计算。

2．重核裂变的核反响方程式的书写。

★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。

6 核裂变7 核聚变8 粒子和宇宙[目标定位］ 1.知道重核的裂变产物和链式反应发生的条件.2。

知道核聚变，关注受控聚变反应的研究进展。

3.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．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错误!U＋错误!n―→错误!Ba＋错误!Kr＋3错误!n.3．链式反应当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变,且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件发生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂变质量大于等于临界质量．【深度思考】根据所学知识想一想核裂变反应过程中吸收能量还是放出能量？答案重核的裂变反应是放出能量的反应,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比中等质量的核的比结合能要小,所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量．【例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．答案C链式反应的条件：(1）铀块的体积大于等于临界体积．(2）铀块的质量大于等于临界质量．以上两个条件满足一个即可．【例2】用中子轰击铀核(错误!U)，其中的一个可能反应是分裂成钡（错误!Ba）和氪（错误! Kr)两部分,放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；Um＝234。

6 核裂变1．核裂变(1)核裂变的发觉：1939年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发觉了铀核的裂变。

(2)核裂变：使重核割裂成中等质量原子的核反映叫做重核的裂变。

(3)铀核裂变的一种核反映方程235 92U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 。

(4)核裂变的条件重核的裂变只能发生在人为控制的核反映中，自然界中不会自发地产生。

如铀核的裂变要利用中子轰击才能割裂。

【例1】 235 92U 吸收一个慢中子后，割裂成136 54Xe 和9038Sr ，还放出( )A ．1个α粒子B ．3个中子C ．10个中子D ．10个质子解析：设放出的粒子的质量数为x ，电荷数为y ，核反映进程知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 ，解得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝10，y ＝0。

由此判断该核反映放出的必然是中子，且个数是10。

答案：C2．链式反映(1)概念：由重核裂变产生的中子使裂变反映一代接一代继续下去的进程，叫做核裂变的链式反映。

如图所示。

(2)临界体积要发生核反映，就必需使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情形下，中子通过铀块时，没有碰着铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反映，铀块的体积必需大于某一值，能发生链式反映的铀块的最小体积叫它的临界体积。

(3)产生条件：裂变的链式反映需要必然的条件才能维持下去：①要有足够浓度的铀235；②要有足足数量的慢中子；③铀块的体积要大于临界体积。

【例2】 关于铀核的裂变，下列说法正确的是( )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2～3个中子C ．为了使裂变的链式反映容易进行，最好用浓缩铀235D ．铀块的体积对产生链式反映无影响解析：铀核受到中子的轰击会引发裂变，裂变的产物是多种多样的，具有偶然性，裂变成两块的情形较多，也可能割裂成多块，并放出2～3个中子。

6 核裂变一、核裂变1．裂变重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核,称为裂变．2．铀核裂变用中子轰击铀核,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,同时放出三个中子．核反应方程式为：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应当一个中子引发一个铀核裂变后,反应释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变,释放出的中子又轰击其他铀原子核……这样的反应一代接一代进行下去的过程,叫做裂变的链式反应．4．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最小体积叫做它的临界体积,相应的质量叫做临界质量．5．发生链式反应的条件裂变物质的体积必须大于或等于临界体积,或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量．如图所示为我国于1964年10月16日发射的第一颗原子弹爆炸成功的图片．同时,我国政府郑重承诺：中国在任何时候、任何情况下,都不首先使用核武器,不对无核国家或地区使用或威胁使用核武器．我国研制成功原子弹,极大地增强了我国的国防力量．你知道这其中蕴涵的物理知识吗？提示：原子弹是利用重核的裂变反应制成的,在极短时间内能够释放大量核能,发生猛烈爆炸．二、核电站原子核的链式反应可以在人工的控制下进行,从而实现了核能的可控释放,实现可控的条件是控制引起链式反应的中子的数目,方法是在核反应堆中的铀棒之间插入一些镉棒,镉具有极强的吸收中子的能力,当将镉棒插得深一些时,就能多吸收一些中子,使链式反应的速度慢下来,这种镉棒又叫控制棒．核能作为一种新型能源,在人类的发展过程中所起的作用越来越重要．核反应堆中发生着怎样的核反应？提示：核反应堆中发生的是可控链式反应．考点一重核的裂变及链式反应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)核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量,因此,铀核裂变为中等质量的原子核时,会发生质量亏损,释放核能．(4)铀的存在形式在天然铀中,主要有两种同位素,99.3%的是238 92U,0.70%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．①235 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．②238 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．2．链式反应的条件铀块的体积大于或等于临界体积、质量大于或等于临界质量,只要满足其中之一即可．【例1】(多选)关于铀核裂变,下述说法正确的是( )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．铀块的体积对发生链式反应无影响1．什么是核裂变？2．什么是链式反应？3．链式反应发生的条件是什么？【答案】BC【解析】铀核受到中子的轰击,会发生裂变,裂变的产物是多种多样的,具有极大的偶然性,但裂变成两种不同的核的情况较多,也有的分裂成多种不同的核,并放出2～3个中子,铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只有俘获能量较高的中子时才能引起裂变,且裂变的概率小,而要发生链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,故选项B、C正确．总结提能本题考查了重核裂变的知识．重核裂变是重核受中子轰击后分裂成中等质量核的反应,其释放能量的原因是重核的比结合能比中等质量核小．关于重核的裂变,以下说法正确的是( D )A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子进入铀块中时,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,所以核子数量减小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,放出核能解析：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发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程,而并非中子的能量,故A错误．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,中子进入铀块时,裂变中产生的中子散失到外界,没有足够的中子,则链式反应就不会发生,故B错误．在裂变反应中核子数是不会减少的,如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 u,m 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是远小于一个核子的质量的,核子数是不会减少的,因此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,发生质量亏损,从而释放出核能,故D正确．故选D.考点二核电站1．核心：核电站的核心是核反应堆,其简化示意图如下：各部分的作用如下：(1)铀棒：由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成,它是核反应堆的燃料． (2)石墨(或重水)：石墨(或重水)作为减速剂,附着在铀棒周围,使反应生成的快速中子变为慢中子,便于铀235吸收,发生裂变．(3)镉棒：主要作用是吸收中子,控制反应速度,所以叫做控制棒． (4)混凝土防护层：屏蔽射线防止放射性污染． 2．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少：一座百万千瓦级的核电站,一年只消耗浓缩铀30 t 左右,而同样功率的火电站每年要消耗250万吨．(2)污染小：核电对环境的污染比火电小．【例2】 铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是235 92U ＋10n→141 56Ba ＋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)【答案】 (1)200.6 MeV (2)5.14×1026MeV 2 800 t【解析】 (1)铀核裂变的质量亏损为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中含有原子核的个数为 N ＝103235×6.02×1023≈2.56×1024,1 kg 铀235原子核发生裂变时释放的总能量E ＝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E ＝qm ,所以m ＝E q ＝5.14×1026×1.6×106×10－192.94×107kg≈2 800 t. 总结提能 解答此类题的关键在于如何把已知与所求联系起来,特别是要能考虑到利用相对原子质量和阿伏加德罗常数去计算1 kg 铀所含的原子核的个数,只要能想到这儿,一切问题就都迎刃而解了．235 92U 受中子轰击时会发生裂变,产生139 56Ba 和9436Kr,同时放出200 MeV 的能量．现要建设发电能力是50万千瓦的核电站,用铀235作为原子锅炉的燃料．假设核裂变释放的能量全部被用来发电,那么一天需要纯铀235的质量为多少？若改用火力发电,需要燃烧值为2.94×107J/kg 的煤多少吨？阿伏加德罗常数为6.02×1023mol －1.答案：0.527 kg 1.47×103t解析：根据发电功率计算出每天应发电能的总量E ＝24 h×3.6×103×P ＝4.32×1013 J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目 n ＝ 4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(个)． 则对应的质量m ＝n N ·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3 kg ＝0.527 kg. 需要的煤的质量为m ′＝E2.94×107 J/kg ＝4.32×10132.94×107 kg ＝1.47×106 kg＝1.47×103t.重难疑点辨析 了解原子弹的原理原子弹是利用快中子导致链式反应而发生原子爆炸的武器．在裂变材料的体积大于临界体积时,可以使增殖系数K >1,这时中子数可逐代倍增,最后引起原子爆炸．对纯23592U,其K ＝2.若N 0＝1,则到第90代时,中子数已增到N ＝280个,其已大到相当于1 kg 铀的原子数,因此1 kg纯23592U 只要经过80代裂变就可以全部发生裂变．若将1 kg 铀做成球状,其直径不过5 cm,而快中子的速度约为2×107m·s －1,所以裂变进行得极其迅猛,其爆炸可在百分之一秒内完成．原子弹的结构形式有许多种,一般是将两块和多块小于临界体积的23592U(或23392U 、23994Pu 等)放在一个密封的弹壳内,平时这几块相隔一定的距离,所以不会爆炸．使用时可通过引爆装置使它们骤然合为一体,由于其体积超过临界体积,爆炸立刻发生．【典例】 1964年10月16日,我国在新疆罗布泊沙漠成功地进行了第一颗原子弹试验,结束了中国无核时代．(1)原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量,由于裂变物质的体积超过临界体积而爆炸．①完成下面核裂变反应方程式：235 92U ＋10n→( )Xe ＋9438Sr ＋210n ＋200 MeV.②铀原子核裂变自动持续下去的反应过程叫什么？(2)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线危害人体和污染环境,需采取哪些措施？(写两种)【解析】 (1)①根据核反应过程质量数、电荷数守恒可知,23592U 裂变为14054Xe.②裂变自动持续下去的反应叫链式反应．(2)核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层,用来屏蔽射线；放射性核废料要装入特制的容器,埋入地层深处进行处理．【答案】 (1)①14054Xe ②链式反应 (2)见解析原子弹与核电站都是核能利用的成果,都是利用了重核裂变,但原子弹爆炸时的反应速度是不可控的．1．镉棒在核反应堆中的作用是( D ) A ．使快中子变慢中子 B ．使慢中子变快中子 C ．使反应速度加快D ．控制反应速度,调节反应速度的快慢解析：在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用,镉棒起吸收中子,控制反应速度,调节功率大小的作用．2.23592U 吸收一个慢中子后,分裂成13654Xe 和9038Sr,还放出( C ) A ．1个α粒子 B ．3个中子 C ．10个中子 D ．10个质子解析：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 解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝10，y ＝0.由此判断该核反应放出的一定是中子,且个数是10.3．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( D )A.105B ＋10n→73Li ＋42He B.23892U→23490Th ＋42He C.147N ＋42He→178O ＋11H D.23592U ＋10n→14156Ba ＋9236Kr ＋310n解析：由链式反应特点知：反应过程中由一个中子引发裂变,放出2～3个中子促成链式反应,故D 正确．4．(多选)如图是慢中子反应堆的示意图,对核反应堆的下列说法正确的是( BC )A ．铀235容易吸收快中子发生裂变反应B ．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C ．控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些D ．若要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些解析：根据铀235的特点,它更容易吸收慢中子而发生裂变,A 错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变,B 正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数,镉控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反应的快慢,即插入得深,吸收得多,反应将变慢,反之将加快,C 正确,D 错误．答案：1.10×103kg解析：反应堆每年提供的核能E 总＝PT η,其中T 表示1年的时间．以M 表示每年消耗的23592U 的质量,得M m U ＝E 总ΔE ,解得M ＝m U PT ηΔE,代入数据得M ＝1.10×103kg.。

6 核裂变1．明白什么是核裂变。

2．明白链式反映，并能计算核裂变释放的核能。

3．了解核反映堆的工作原理。

核能作为一种新型能源，在人类的进展进程中所起的作用愈来愈重要。

核反映堆中发生着如何的核反映？提示：核反映堆中发生的是可控链式反映。

1．核裂变(1)裂变：铀核在被______轰击后割裂成______质量差不多的______，这种核反映叫原子核的______。

(2)典型核反映方程式：裂变的产物是多样的，其中最典型的反映是铀核裂变生成____和____，同时放出3个中子。

核反映方程式为：235 92U ＋______→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 。

(3)链式反映：当一个中子引发一个铀核裂变后，反映释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变，释放出的中子又轰击其他铀原子核……如此的反映一代接一代进行下去的进程，叫做裂变的______反映。

(4)临界体积和临界质量：通常把裂变物质能够发生链式反映的________叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。

(5)发生链式反映的条件：裂变物质的体积必需__________临界体积，或裂变物质的质量必需__________临界质量。

2．核电站(1)原子核的链式反映也能够在______控制下进行。

如此，释放的核能就可以够为人类的和平建设服务。

(2)反映堆中，为了使裂变产生的中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常常利用的慢化剂有______、______和______。

(3)为了调节中子数量以控制反映速度，还需要在铀棒之间插进一些____棒。

它吸收中子的能力很强，这种____棒叫做控制棒。

(4)反映堆放出的热使水变成______，从而推动汽轮发电机发电。

答案：1．(1)中子 两块 碎块 裂变 (2)钡 氪 10n (3)链式 (4)最小体积 (5)大于或等于 大于或等于2．(1)人工 (2)石墨 重水 普通水 (3)镉 镉 (4)水蒸气一、铀核的裂变1．两种典型的裂变反映：235 92U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n235 92U ＋10n→9538Sr ＋139 54Xe ＋210n2. 235 92U 核裂变释放的能量是庞大的，比结合能是 MeV 。

六、核裂变【学习目标】1．知道核裂变反应。

2．知道链式反应的发生条件。

3．知道原子弹原理4．了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型。

5．知道核电站的工作模式。

【新知预习】一.核裂变1．裂变：重核分裂成________的核，释放出核能的反应，称为裂变．2．典型铀235的裂变方程：________________.3．链式反应：铀235核裂变时释放出2～3个________，这些________又继续引起其他铀核裂变，这样就能使裂变不断进行下去，称为链式反应．【疑难点拨】 1.对铀核裂变的正确理解(1)发现：1938年底德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步．(2)核反应方程：裂变产物多种多样，典型的裂变反应是：23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n.2．链式反应的条件(1)首先要要有慢中子；(2)发生链式反应的另一个重要因素是铀块的体积要大于临界体积.二．核电站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________、________或________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________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器中，________.【导析探究】导析一：核裂变例1 关于重核裂变的说法正确的是( )A．重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多B．只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应C．为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子D．裂变过程中释放能量，质量亏损例2 关于铀核裂变，下述说法正确的是( )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导析二：核电站例3 每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)例4 某核电站装机容量为3.0×108W．如果1 g铀235完全裂变时产生的能量为8.2×1010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，此核电站每年要消耗多少铀235？(一年按365天计算)【当堂检测】1．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成( ) A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统2．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D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度3．一个铀核裂变时，产生的两个中等质量的新核( )A．一定是稳定的B．含有的核子数较裂变前减小C．裂变时产生的两个中等质量的新核是确定的D．裂变时的两个中等质量的新核可以是多种形式的组合高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

第6节 核裂变1．知道什么是核裂变。

2．知道链式反应及链式反应的条件。

3．会利用质量亏损计算核裂变产生的核能。

4．了解核反应的工作原理,知道如何控制核反应的速度。

5．了解如何防止核污染。

一、重核的裂变1．核裂变：重核分裂成两个质量差不多的□01较轻原子核,并放出□02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 ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋□03310n 。

3．链式反应：这种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：发生裂变物质的体积大于或等于□04临界体积或裂变物质的质量大于或等于□05临界质量。

二、核电站1．核电站：利用核能发电,它的核心设施是□01核反应堆,它主要由以下几部分组成： (1)燃料：□02铀棒； (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应,采用□03石墨、□04重水和□05普通水(也叫轻水)作慢化剂；(3)控制棒：利用镉吸收□06中子能力很强的特性,在反应堆中采用插入镉棒的方法控制链式反应的速度；(4)热交换器：利用□07水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆中的热量传输出去。

2．核辐射的屏蔽：在反应堆的外面需要修建很厚的□08水泥层；核废料需装入特制的容器,□09深埋地下。

判一判(1)只要铀块体积大于临界体积就可以发生链式反应。

( ) (2)核电站应用的是重核裂变获得能量。

( )(3)铀核裂变的产物是唯一的。

( )(4)在利用重核裂变制成的原子弹中,也需要用镉制成的控制棒。

( )提示：(1)√(2)√(3)×(4)×想一想(1)铀核裂变是天然放射现象吗？提示：天然放射现象是指元素自发地放出射线的现象,而裂变是重核在其他粒子轰击下发生的核反应。

(2)中子的速度越快越容易发生铀核裂变吗？提示：不是。

第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成。

知道放射性和原子核的衰变。

会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。

（2）了解放射性同位素的应用。

知道射线的危害和防护。

例1 了解放射性在医和农业中的应用。

例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。

（3）知道核力的性质。

能简单解释轻核与重核内中子、质子具有不同比例的原因。

会根据质量守恒和电荷守恒写出核反应方程。

（4）认识原子核的结合能。

知道裂变反应和聚变反应。

关注受控聚变反应研究的进展。

（5）知道链式反应的发生条件。

了解裂变反应堆的工作原。

了解常用裂变反应堆的类型。

知道核电站的工作模式。

（6）通过核能的利用，思考技术与社会的关系。

例3 思考核能开发带的社会问题。

（7）初步了解恒星的演。

初步了解粒子物的基础知识。

例4 了解加速器在核物、粒子物研究中的作用。

2．活动建议：（1）通过查阅资料，了解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普讲座。

新课程习19．6 重核的裂变★新课标要求（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关系的解，培养生的逻辑推能力及应用教图像处物问题的能力。

2．通过让生自己阅读课本，查阅资料，培养生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．激发生热爱、探求真的激情，树立实事求是的态度，培养生基本的素养，通过核能的利用，思考与社会的关系。

2．通过教，让生认识到和平利用核能及开发新能的重要性。

3．确立世界是物质的，物质是运动变的，而变过程必然遵循能量守恒的观点。

★教重点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。

第六节核裂变预习导航1．核裂变及链式反应（1）裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应叫原子核的裂变。

（2）典型核反应方程式：裂变的产物是多样的，其中最典型的反应是铀核裂变生成钡和氪，同时放出3个中子。

核反应方程式为：235 92U＋1n→14456Ba＋8936Kr＋13n。

（3）链式反应：当一个中子引发一个铀核裂变后，反应释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变，释放出的中子又轰击其他铀原子核……这样的反应一代接一代进行下去的过程，叫作裂变的链式反应。

（4）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最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。

（5）发生链式反应的条件：裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量。

思考核的裂变能够自发地进行吗？提示：不能。

只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。

2．核电站（1）核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成。

①燃料：铀棒。

②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂。

③控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的特性，就可以容易地控制链式反应的速度。

（2）工作原理：核燃料裂变释放能量，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循环流动，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的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。

思考原子弹中是否需要镉棒作为控制棒？提示：不需要。

高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

6 核裂变课堂互动三点剖析一、重核的裂变铀核裂变的几个特点：①铀核裂变能放出巨大的能量；②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.例如：n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+ n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+.二、链式反应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.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反应.参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反应就可以持续下去.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4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反应堆不同，临界质量不同.三、裂变反应堆1.核反应堆的主要组成(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).(4)冷却剂.用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全).(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.2.核能发电的优缺点优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄露会造成严重核污染；②核废料处理困难.各个击破【例1】关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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解析：铀核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，也有三分裂和四分裂的情况并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获快中子才能引起裂变，且概率小，而要引起裂变，铀块体积必须超过临界体积，故正确选项为B 、C.答案：BC【例2】已知铀235的质量为235.043 9 u ，钡141的质量为140.913 9 u ，氪92的质量为91.897 3 u ，每个中子质量为1.008 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u释放的能量：△E =△mc 2≈201 MeV1 kg 铀235含有的铀原子核数目为 N=2351000× 6.02×1023=2.56×1024 个 1 kg 铀完全反应释放的总能量为：E 总=N·△E=2.56×1024 ×201×106×1.60×10-19J=8.23×1013 J1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000×2.9×107J=2.9×1010 J ，故1 kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的吨数为：n=2.84×103 t.答案：2.84×103 t【例3】利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件.(1)核反应堆中的“燃料”是U 23592，完成下面的核反应方程式n Xe Sr n U 10)(5490)(102359210++→+； (2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u ，氙质量为135.907 2 u.1 u=1.66×10-27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(102359210++→+.(2)核电站每年放出的热量：Q=P·t=1.0×109×3.6×103×24×365 J=3.2×1016 J.一个U 23592裂变放出的能量：△E=△m ·c 2=(235.043 9-89.907 7-135.907 2-9×1.008 7)×1.66×10-27×(3×108)2J ＝2.3×10-11 J.需要浓缩铀：m=02.0⨯∙∙A N E u Q ＝2.7×103 kg 答案：(1) (2)2.7×103kg。

6 核裂变课堂互动三点剖析一、重核的裂变铀核裂变的几个特点：①铀核裂变能放出巨大的能量；②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.例如：n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+ n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+.二、链式反应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.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反应.参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反应就可以持续下去.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4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反应堆不同，临界质量不同.三、裂变反应堆1.核反应堆的主要组成(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).(4)冷却剂.用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全).(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.2.核能发电的优缺点优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄露会造成严重核污染；②核废料处理困难.各个击破【例1】关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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解析：铀核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，也有三分裂和四分裂的情况并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获快中子才能引起裂变，且概率小，而要引起裂变，铀块体积必须超过临界体积，故正确选项为B 、C.答案：BC【例2】已知铀235的质量为235.043 9 u ，钡141的质量为140.913 9 u ，氪92的质量为91.897 3 u ，每个中子质量为1.008 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u释放的能量：△E =△mc 2≈2020MeV1 kg 铀235含有的铀原子核数目为 N=2351000× 6.02×1023=2.56×1024 个 1 kg 铀完全反应释放的总能量为：E 总=N·△E=2.56×1024 ×2020106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000×2.9×107J=2.9×1010 J ，故1 kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的吨数为：n=2.84×103 t.答案：2.84×103 t【例3】利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件.(1)核反应堆中的“燃料”是U 23592，完成下面的核反应方程式n Xe Sr n U 10)(5490)(102359210++→+；(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u ，氙质量为135.907 2u.1 u=1.66×10-27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(102359210++→+.(2)核电站每年放出的热量：Q=P·t=1.0×109×3.6×103×24×365 J=3.2×1016 J.一个U 23592裂变放出的能量：△E=△m ·c 2=(235.043 9-89.907 7-135.907 2-9×1.008 7)×1.66×10-27×(3×108)2J ＝2.3×10-11 J.需要浓缩铀：m=02.0⨯••A N E u Q ＝2.7×103 kg 答案：(1) (2)2.7×103kg高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。