人教课标版高中物理选修3-5：《核裂变》教案-新版

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。

裂变一、教学目标1．知识目标：〔1〕理解核子平均质量曲线，知道释放核能的两条途径——重核裂变和轻核聚变〔2〕知道铀核裂变及其链式反应的原理〔3〕了解核反应堆和核电站的基本原理.2．能力目标：掌握铀核的裂变的核反应方程，会根据其质量亏损计算释放的核能.3．德育目标：通过向学生介绍我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇在核裂变反应研究方面的成就向学生进行爱祖国、爱科学的教育.二、教学重点铀核的裂变及其链式反应核.三、教学难点核子平均质量曲线及其意义.四、教学方法本节内容以教师讲授为主，首先通过研究核子平均质量曲线的特点说明释放核能的两条途径——重核裂变和轻核聚变，然后重点研究铀核的裂变及其链式反应，最后简单介绍核反应堆的原理及其应用——核电站.五、教学用具投影仪及投影片、多媒体辅助教学系统及课件.六、课时安排1 课时七、教学过程〔一〕引入新课通过上一节的学习，同学们知道在核反应中由于存在质量亏损会释放巨大的核能，那么怎样才能将核能有效的释放出来为人类的生产和生活服务呢？［教师点拨］什么样的核反应才能有效释放核能呢？前面讨论过的原子核的天然衰变及人工转变过程中都有核能的释放，那能不能有效的加以利用呢？［学生思考］…［教师分析］在原子核天然衰变过程中虽然有核能的释放，但由于大多数天然存在的放射性元素的半衰期都很长〔铀238的半衰期大约为5亿年，钴60的半衰期也要5.27年〕，天然衰变过程通常进行的非常缓慢，方程的功率很小，人又无法控制，除了用于医疗和科研，作为能源的实用价值不大.在原子核人工转变过程中，虽然也有核能的释放，但由于作为“炮弹〞的入射粒子击中靶核的机会太少了，常常只有几百万分之一，用这样的方法来获得核能是得不偿失的.那怎样有效获得核能呢？这就是本节要研究的问题.〔二〕进行新课1．释放核能的途径1.1 核子平均质量及其意义［教师点拨］请同学们翻开元素周期表，看看原子核的质量跟原子序数之间有什么关系？［学生回答］随原子序数的增大而增大，但二者并不是简单的正比关系，原子核的质量也不是核子数的整数倍.［教师点拨］想一想，为什么？这是因为核子在结合成原子核时发生质量亏损而造成的，不同的原子核平均每个核子产生的质量亏损不同，因而释放的能量就不同. 核子平均质量越小，其核子结合成原子核时释放的能量就越大，其原子核就越稳定. 可见核子平均质量反映了原子核的稳定程度.核子平均质量——原子核的质量与其核子总数的比值，反应原子核的稳定程度，核子平均质量越小，原子核就越稳定.1.2 核子平均质量曲线〔投影图22—12〕图22—12科学家通过精确的实验研究，得出核子平均质量与原子序数之间的关系有如图22—12所示的关系.［教师点拨］从这个图线中可以得出，原子序数较小的轻核〔如D、E、F〕和原子序数较大的重核〔如A〕其核子平均质量都较大，而原子序数处于中间的中等质量的核〔如B、C〕其平均核子质量较小.1.3 释放核能的方法和途径那么通过什么样的核转变才能使原子核产生质量亏损而释放核能呢？［学生回答］使平均核子质量较大的核转变为平均核子质量较小的核，就可以产生质量亏损而释放核能.［教师点拨］那释放核能的具体途径有哪几种？［学生回答］把较重的原子核使其分裂转化为较轻的原子核，或把几个较轻的原子核结合成较重的原子核.［教师总结］把较重的原子核使其分裂成较轻原子核而释放核能的核反应叫裂变，把较轻的原子核结合成较重原子核而释放核能的核反应叫聚变.·释放核能的方法——产生质量亏损的核反应·释放核能的途径——裂变和聚变2．铀核的裂变2.1 铀核的裂变反应：1939年〔德国〕哈恩和斯特拉斯曼首次发现：23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n说明：裂变产物不是惟一确定的，有时还会发生三分裂或四分裂.我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇1946年在巴黎首次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做出的重要贡献.不过三分裂和四分裂发生的几率很小，分别为二分裂的千分之三和万分之三.2.2 释放的核能［学生活动］计算铀核裂变的质量亏损：裂变前的质量：mU=390.3139×10-27 kg，mn＝1.6749×10-27 kg裂变后的质量：mBa=234.0016×10-27 kg，mKr=152.6047×10-27 kg，3mn=5.0247×10-27 kg，质量亏损：Δm＝〔mU＋mn〕－〔mBa＋mKr＋3mn〕＝0.3578×10-27 kg释放核能：ΔE＝Δmc2＝201 MeV，平均每个核子释放能量约1 MeV.说明：如果按照一个铀核裂变释放200 MeV的能量来估算，1 kg铀全部裂变放出的核能就相当于2500 t优质煤完全燃烧时释放的化学能，可见核能是多么巨大的能源.3.链式反应一般说来，一个铀核裂变总要释放2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变反应就会不断的进行下去，这就是链式反应如图22—13所示.图22—13［电脑动画演示链式反应的过程］［教师点拨］如果对链式反应不加以人工控制，那么它的反应速度将呈几何级数增加，大量的铀核在极短时间内全部裂变就会释放巨大的能量形成爆炸，这就是原子弹的原理.为了使裂变反应的能量平稳的释放，为人类的生产和生活服务，科学家发明了核反应堆并用于发电，这就是核电站.3．核反应堆及核电站［学生自学，了解以下问题］3.1 核反应堆——用人工控制链式反应的装置.3.2 核反应堆的构造原理〔投影图22—14〕图22—14〔1〕铀棒〔核燃料〕：天然铀或浓缩铀在天然铀中主要有两种同位素，其中99.3％是铀238，0.7％是铀235，铀235俘获各种能量的中子都能发生裂变，而且俘获能量低的中子〔慢中子〕发生裂变的几率较大，而铀238只有俘获能量大于1 MeV的快中子才能发生裂变，并且几率很小.因此通常用浓缩铀235作为核反应堆的燃料.〔2〕减速剂：石墨、重水或普通水由于裂变产生的中子速度都很大，不容易使铀235发生裂变，因此要在铀棒周围放上减速剂，使快中子跟减速剂的原子核发生碰撞能量减少，变成慢中子.常用的减速剂有石墨、重水或普通水.〔3〕控制棒：镉棒控制棒通过插入的深度来调节中子的数目以控制链式反应的速度.由于镉具有很强的吸收中子的能力，控制棒通常用镉做成.3.3 核电站：利用核能发电的电站〔1〕能量转换：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能.〔2〕世界各国核电发展情况简介.〔3〕核电站的核辐射防护及核废料处理.〔三〕小结本节通过核子平均曲线，说明了释放核能的两条途径——裂变和聚变，重点讨论了裂变及其链式反应的原理，了解了核反应堆的构造原理及其应用——核电站. 〔四〕布置作业阅读课后材料《增殖反应堆》〔五〕板书设计1．释放核能的途径1.1 核子平均质量及其意义核子平均质量——原子核的质量与其核子总数的比值，反应原子核的稳定程度，核子平均质量越小，原子核就越稳定.1.2 核子平均质量曲线及其特点：两头大中间小.1.3 释放核能的方法和途径——重核裂变或轻核聚变.2．铀核的裂变2.1 铀核的裂变反应：1939年〔德国〕哈恩和斯特拉斯曼首次发现23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n2.2 释放的核能：ΔE＝Δmc2＝201 MeV，平均每个核子释放能量约1 MeV2.3 链式反应3．核反应堆及核电站3.1 核反应堆——用人工控制链式反应的装置.3.2 核反应堆的构造原理〔1〕铀棒〔核燃料〕：天然铀或浓缩铀〔2〕减速剂：石墨、重水或普通水〔3〕控制棒：镉棒3.3 核电站：利用核能发电的电站.〔1〕能量转换：核能转化为电能〔2〕优点：消耗燃料少，功率大〔3〕核辐射防护及核废料处理★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

高二物理人教版选修35核裂变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。

播放VCD光碟，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：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。

点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。

（二）进行新课1．核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。

每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。

学生回答：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。

提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？让学生阅读有关核子平均质量的补充材料。

分小组讨论。

每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。

学生回答：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。

点评：有利于培养学生合作式学习的能力。

知识总结：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。

点评：个人及小组的竞争，活跃课堂气氛，激活学生思维，增加学习的趣味性。

2、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。

提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？让学生阅读课本核裂变部分内容分小组讨论每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。

学生回答：（2）链式反应：提问：链式反应〔chain reaction 〕是怎样进行的？学生回答：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。

点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。

（3）临界体积（临界质量）：提问：什么是临界体积（临界质量）？学生回答：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。

19．6 核裂变兴宁市第一中学罗裕龙★教材分析与学情分析本节知识从内容上来讲非常抽象，从掌握知识的角度来讲理解、记忆的成分较多。

因此本堂课应该引导学生进行讨论，加深对相关内容的理解。

当前，在新能源的开发和利用中，核能非常重要。

核能包括裂变能和聚变能，本节只讨论裂变能的产生及其和平利用。

教材沿重核裂变→链式反应（可控链式反应）→核电站这条主线展开。

教学方法主要是以学生阅读教材、背景材料及相关图片为基础，以问题为中心，锻炼学生的思维能力。

而对于裂变能的计算应引导学生复习前面学过的相关知识，注重知识的迁移。

★核心素养通过《核裂变》的学习过程培养学生的逻辑推理能力及应用数学图像处理物理问题的能力。

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，思考科学与社会的关系。

让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。

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。

★教学目标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。

了解核电站的工作原理及核能发电的优缺点。

★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1．通过核子比结合能与质量数的关系，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。

2．维持链式反应的条件。

★教学过程课前：登陆平台，发送预习任务。

根据平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。

（提示：请登陆平台，发送本节预习任务）（一）简要复习，引入新课复习本章第5节的主要内容，给出原子核的比结合能与质量数关系的图像。

教师：同学们来看一下这个图像，从图像上大家可以获得哪些信息？学生：中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大。

教师：那大家猜想一下，获得核能的途径有哪些？学生：使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，核子将发生新的质量亏损，释放新的结合能。

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。

5 核裂变[目标定位] 1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大能量.2.知道什么是链式反应，知道链式反应发生的条件.3.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.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＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.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．二、核电站1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，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：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，深埋地下或海底．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对核裂变和链式反应的理解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，形成链式反应．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．一般来说，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，裂变时能产生几万度的高温．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：235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ； 235 92U ＋10n ―→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n【例1】 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B ．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少C ．铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量D ．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损 答案 D解析 核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能．原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失．所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径．平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D 正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A 错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B 错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C 错误． 借题发挥 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．针对训练1 (多选)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 答案 BC解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，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，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，需使铀块体积超过临界体积，故B 、C 正确． 二、裂变过程中核能的分析和计算 铀核裂变释放核能的计算1．首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm . 2．根据ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能计算时注意Δm 与ΔE 单位的对应关系，若Δm 用kg 做单位，ΔE 用J 做单位；Δm 用u 做单位，ΔE 用MeV 做单位，1 u 相当于931.5 MeV 的能量．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 .【例2】 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U ＋10n→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋γ(1)核反应方程中的γ是中微子，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(U)核的质量为235.043 9 u ，中子质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为142.909 8 u ，锆核质量为89.904 7 u ；又知1 u ＝1.660 6×10－27kg ，试计算1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？答案 (1)40 90 (2)5.06×1026MeV解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90；核反应方程中应用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235的铀核数为n ＝1 000235×6.02×1023＝2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Nd －m Zr －3m n ＝0.212 u 因此1 kg 铀235完全裂变产生的能量约为E ＝n ·Δm ×931.5 MeV＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV＝5.06×1026 MeV.针对训练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、电荷数守恒和反应中的能量守恒，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＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.对核裂变和链式反应的理解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．原子核的平均结合能变大，释放出能量答案 D解析发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D正确．2．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n，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．核电站及裂变产生核能的计算3．如图1所示，镉棒在核反应堆中的作用是( )图1A．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答案 D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．4．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n―→136 54Xe＋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)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV答案BD解析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的质量亏损放出能量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．(时间：60分钟)题组一对核裂变的理解1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )A．一定是稳定的B．含有的中子数较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．可以是多种形式的两个核的组合答案BD解析重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．2．下列核反应中，属于核裂变反应的是( )A.105B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n答案 D解析由核裂变反应的特点知，D正确．3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是( )A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多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答案 D解析铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．4.235 92U吸收一个慢中子后，分裂成139 54Xe和9438Sr，同时还放出( )A．一个α粒子B．一个氘核C．三个中子D．两个中子答案 C解析该裂变反应的方程为235 92U＋10n→139 54Xe＋9438Sr＋310n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确．5．一个235 92U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 ＝mc 2，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，B 错误；中子数为140－(92－38)＝86，故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，故C 、D 错误．题组二 核反应堆、核能的计算6．(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．7．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( ) A ．N A ×196 MeV B．235N A ×196 MeV C ．235×196 MeV D.N A235×196 MeV答案 D解析 1 g 纯 235U 含有1235×N A 个235U.因此1 g 235U 吸收中子完全发生核反应可以释放出N A 235×196 MeV 能量．8．当前，发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注，相比煤炭等传统能源，核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放，已成为世界快速发展的电力工业．经广大科技工作者的不懈努力，我国的核电技术已进入世界的先进行列，世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座，我国以20座名列第一．核电站的最核心部分是核反应堆，核反应堆中的燃料23592U 产生裂变，在短时间内释放出大量的核能可供人类利用．核反应堆中的镉棒起________作用，核反应方程应为23592U ＋________―→9236Kr ＋14156Ba ＋310n.若其质量分别为m U ＝390.313 9×10－27kg ，m n ＝1.674 9×10－27kg ，m Ba ＝234.001 6×10－27kg ，m Kr＝152.604 7×10－27kg ，核反应中释放的能量为ΔE ＝________J.答案 吸收中子控制核反应速度 10n 3.22×10－11解析 控制中子数可以控制反应速度；Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝0.357 8×10－27kg ，ΔE＝Δmc 2＝3.22×10－11J.9．一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并计算一个铀核裂变时释放的核能．已知m U ＝235.043 94 u ，m Xe ＝138.918 44 u ，m Sr ＝93.915 47 u ，m n ＝1.008 665 u ，1 u 相当于931.5 MeV. 答案235 92U ＋10n→139 54Xe ＋9438Sr ＋310n 179.5 MeV解析 核反应方程为23592U ＋10n→13954Xe ＋9438Sr ＋310n 反应中的质量亏损为Δm ＝(m U ＋m n )－(m Xe ＋m Sr ＋3m n )＝(235.043 94＋1.008 665) u －(138.918 44＋93.915 47＋3×1.008 665) u＝0.192 7 u 所以，一个铀核裂变释放的核能为 ΔE ＝0.192 7×931.5 MeV≈179.5 MeV10．在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为________，a ＝________.以m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝________.(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11J ，铀核的质量m U ＝390×10－27kg ，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量．答案 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 104 kg解析 (1)由反应方程可知：X 为10n ，a 为3，释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2. (2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗23592U 的功率为P ′＝P40 %＝1.00×10640 %kW ＝2.5×106kW.核电站每年消耗23592U 的能量为W ＝P ′t ＝2.5×109×3.15×107 J ＝7.875×1016 J产生这些能量消耗的铀核的数目： n ＝WΔE ＝7.875×10162.78×10－11＝2.83×1027(个)每年消耗235 92U的质量为M＝nm U＝2.83×1027×390×10－27 kg＝1 104 kg.。

6 核裂变三维教学目标1、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。

2、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，培养学生归纳与概括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；（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：链式反应及其释放核能的计算；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。

教学过程：（一）引入新课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。

（二）进行新课1、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）总结：重核分裂成 的核，释放出核能的反应，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应才能放出核能） 总结：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，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。

5.4 核裂变与核聚变〖素养目标〗1.知道重核的裂变和链式反应，知道聚变反应的特点2.了解原子弹的原理，聚变反应的条件3.会计算核裂变释放的能量〖知识梳理〗知识点一、核裂变1．定义：核物理中，把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，叫核裂变。

2．铀核的典型裂变方程用中子轰击铀核时，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23592U＋1n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。

4．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．知识点二、反应堆与核电站1.核反应堆：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.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．反应堆示意图(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．知识点三、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．典型的核聚变方程：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV3．条件在超高温条件下，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库伦斥力，发生核聚变。

授课题目 3.5~6核裂变核聚变第1 课时授课时间年月日星期教学目标知识与技能1. 知道核裂变现象，理解核裂变放出巨大能量的道理2. 能根据质能方程计算裂变放出的能量3. 知道什么是链式反应，什么是临界体积4. 知道聚变反应，理解聚变放出巨大能量的道理5. 知道可控核聚变反应的优缺点及研究进展情况过程与方法1. 通过结合能的学习和计算，培养学生的理解能力，推理能力，计算能力2. 通过让学生自己阅读课本，查阅资料，了解核反应堆的原理及核电站的作用，培养学生获取信息，加工整理信息的能力。

情感态度与价值观1. 通过学习核裂变与核聚变的应用，体会物理学的价值和威力。

2. 通过了解核武器、核电站等诸多核知识的应用，体会科学与人类社会发展的关系，科学既能给人类造福也能给类带来灾难。

教学重点核裂变和核聚变的概念教学难点理解核裂变的两个应用及核聚变的点火难度教学方法讲授法，举例法，练习法，讨论法教学手段多媒体教学设备板书或板图设计“附中教师要做教育家，不要当教书匠。

”——陈元晖“附中教师要做教育家，不要当教书匠。

”——陈元晖教学过程环节检测内容检测结果及补救措施针对教学重难点的当堂检测反馈教学反思“一课一得、逐点反馈、跟踪纠偏、即时跟进”——探索东师附中朝阳学校“优效”教学模式教学过程环节教师活动学生活动1.引入1. 复习引入：原子核的结合能如何计算？2. 上节课我们知道了原子核蕴含了巨大的能量，今天我们学习原子核能量的两种应用核裂变和核聚变。

2. 核裂变1. 概念：重核分裂成几个中等质量的原子核的现象称为核裂变。

2. 练习。

哪些属于核裂变反应。

3. 核裂变能放出巨大能量，核燃料与煤释放能量的对比。

（具体计算留作作业）4. 链式反应、临界体积的概念观看链式反应的flash，介绍链式反应的概念5. 核电站的基本结构和运作原理。

（1）核反应堆的原理，铀棒，隔棒各自的作用。

（2）发电系统与火电站基本相同，用蒸汽轮机带动发电机。