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高中物理第5章核能与社会5.2裂变及其应用学案沪科版选修3-5

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5.2 裂变及其应用
4．知道核电站的工作模式。

一、铀核的裂变
1．核裂变：重核分裂为中等质量的核，释放出核能的反应。

2．中子轰击铀－235，使铀核分裂为两个质量差不多的新原子核，同时放出几个中子。

预习交流1
铀核裂变产生的两个新原子核是唯一确定的吗？
答案：铀核裂变产生的新原子核是多种多样的，有时裂变为氙（Xe ）和锶（Sr ），有时裂变为钡（Ba ）和氪（Kr ），有时裂变为锑（Sb ）和铌（Nb ），有时还可以分裂为3个或4个原子核。

二、链式反应及其条件
1．链式反应：铀核裂变时放出2到3个中子，这些中子又轰击其他铀核，使裂变反应
不断进行下去，这种反应叫链式反应。

2．链式反应的条件：裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫
临界质量。

若要链式反应持续发生，裂变物质的体积（或质量）要大于或等于临界体积（或临界质量）。

预习交流2
为什么铀核俘获一个中子发生裂变后，还会引起其他铀核也发生一连串裂变呢？ 答案：因为铀核俘获一个中子发生裂变时，会放出2～3个中子，这些中子又会轰击其他铀核，使之发生裂变。

三、裂变反应堆
1．裂变反应堆的基本构造：裂变材料（核燃料）、慢化剂（减速剂）、控制棒、反射层、热交换器和防护层。

2．裂变反应堆的常见类型：重水堆、高温气冷堆、快中子增值反应堆。

3．核电站的工作模式：以核反应堆为能源，用它产生高温、高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电。

预习交流3
原子弹和核电站一样都是利用铀核裂变释放能量的，为什么原子弹不需要设置镉棒控制核反应速度？
答案：原子弹需要在极短时间内释放出全部核能，发生猛烈爆炸，故不需要用镉棒吸收中子控制反应速度。

一、铀核裂变及链式反应
要使铀核裂变的核反应持续进行下去，有必须满足的条件吗？
答案：要使铀核裂变持续进行下去，必须满足铀核的体积（或质量）要大于或等于其临界体积（临界质量）。

如果铀块的体积太小，小于铀块的临近体积，则铀核裂变放出的中子会逸出铀块，从而中断核反应的持续发生。

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
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，最好用浓缩铀－235
D ．铀块的体积对产生链式反应无影响
答案：BC
解析：铀核受到中子的轰击，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，且裂变的概率小，浓缩的的铀－235更好，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。

故上述选项B 、C 正确。

重核裂变的规律：
1．反应特点：重核裂变成两个或三个中等质量的核。

2．裂变过程满足质量数守恒和电荷数守恒。

3．裂变过程有质量亏损，放出核能。

4．利用裂变产生的中子轰击其他铀核，能引起链式反应。

二、核反应堆
核反应堆的目的是让核能平稳、可控地释放出来。

你能对核反应堆的结构及作用做一个梳理吗？
答案：
在可控制反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。

中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与12 6C 核碰撞减速。

上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。

其反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好？
答案：见解析
解析：设中子质量为M n ，靶核质量为M ，由动量守恒定律：
M n v 0＝M n v 1＋Mv 2
由能量守恒：12M n v 20＝12M n v 21＋12
Mv 2
解得：v 1＝Mn －M Mn ＋M
v 0 在重水中靶核质量：M H ＝2M n ，
v 1H ＝Mn －MH Mn ＋MH v 0＝－13
v 0， 在石墨中靶核质量：M C ＝12M B ，
v 1C ＝Mn －MC Mn ＋MC v 0＝－1113
v 0 与重水靶核碰后中子速度减小，故重水减速效果更好。

1．核电站的核心部分是核反应堆，在核反应堆中，持续进行着人工控
制的核裂变链式反应，裂变释放的核能通过蒸汽轮机转化为电能。

2．在常规能源日趋紧张的情形下，大力发展新能源是世界各国共同面临的挑战，而新能源利用中比较成熟的铀核裂变转变的电能占有较大的份额，核电站发展最好的法国，核电比例已达总发电量的76%。

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 ．它比较容易发生链式反应
答案：D
解析：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，D 项正确。

2．人类通过链式反应利用核能的方式有（ ）。

A ．利用可控制的快中子链式反应，制成原子弹
B ．利用不可控制的快中子链式反应，制成原子弹
C ．利用可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆
D ．利用不可控制的慢中子链式反应，建成原子反应堆
答案：C
3．为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的（ ）。

A ．铀块可制成任何体积
B ．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核
C ．通过慢化剂使产生的中子减速
D ．用镉棒作为减速剂使中子减速
答案：C
4．为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到 4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是（ ）。

A ．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B ．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C ．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D ．重核裂变是非常清洁的能源，无任何污染
答案：AC
解析：目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，但也有一定的污染，故A 、C 正确，B 、D 错误。

5．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，以改变反应堆中的中子数目
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
答案：C
解析：控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的，故只有C正确。

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高中物理第五章核能与社会5.2裂变及其应用课后训练沪科版选修3_5

高中物理第五章核能与社会5.2裂变及其应用课后训练沪科版选修3_5

裂变及其应用1．现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）。

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2．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、原子能存聚系统和输送系统3．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）。

A ．238234492902U Th+He → B ．235114489192056360U+n Ba+Kr+3e → C ．3030015141P Si+e → D ．941214260Be+He C+n →4．镉棒在核反应堆中所起的作用是（ ）。

A ．使快中子变成慢中子B ．使慢中子变成快中子C ．使反应速度加快D ．控制反应速度，调节反应速度的快慢5．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 ．反应堆中铀的质量是重要因素，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块的质量无关6．铀裂变的产物之一氪()903690Kr 是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆()904090Zr ，这些衰变是（ ）。

A ．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变7．已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm ＝0.215 3 u ，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？8．原子反应堆的功率为104 kW,1 h 消耗核燃料为8.75 g ，已知每个铀235裂变时放出200 MeV 的核能，求该燃料中铀235所占的百分比。

高中物理 第5章 核能与社会 5.3 聚变与受控热核反应学案 沪科版选修35

高中物理 第5章 核能与社会 5.3 聚变与受控热核反应学案 沪科版选修35

5.3 聚变与受控热核反应3．会计算轻核聚变释放的核能。

一、更大的能源宝库1．平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核，同时会释放核能。

这种释放核能的反应叫核聚变。

2．核反应应用举例：21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV 。

3．在消耗核燃料的量相同的情况下，聚变比裂变释放的核能多。

4．聚变的条件：由于这种核反应需要在几千万开以上的高温下进行，所以聚变又叫热核反应。

预习交流150多亿年来，太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026 J ，相当于一千亿吨煤燃烧所放出的能量。

太阳这么大的能量是怎么来的？答案：在太阳内部，不断地进行着轻核聚变反应，它的能量就是核聚变产生的。

核聚变反应在宇宙中很普遍。

二、受控热核反应1．托卡马克结构：利用强磁场约束等离子体的环流器。

2．“激光聚变”的构想：1964年我国科学家王淦昌与前苏联科学家各自独立地提出了激光聚变的构想，即用高功率的激光打在氘、氚组成的靶丸上，产生高温使核燃料发生核聚变。

预习交流2有人说，随着科技的发展，在不久的将来，汽车不再烧油，而是该烧“海水”。

你相信这能实现吗？答案：可以实现。

热核聚变的燃料之一，氘的含量丰富，每升海水中就含有0.03 g 氘核，这些氘核完全聚变释放的能量约和燃烧300升汽油相当。

只要热核反应实现可控，就可利用热核聚变获得能源。

一、核聚变产生的条件热核反应为什么需要几千万度的高温？答案：只有几千万度的高温，才能使原子完全电离形成等离子体状态，原子核也才有足够大的动能，克服库仑力接近到核力起作用的10－15 m内，发生核聚变。

关于聚变，以下说法正确的是（）。

A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能答案：BD解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但不一定是中等质量的核，故A错误。

高中物理 第5章 核能与社会 53 聚变与受控热核反应学案 沪科版选修35.doc

高中物理 第5章 核能与社会 53 聚变与受控热核反应学案 沪科版选修35.doc

重点难点1 . 知道核聚变的特点及条件。

知道可控热核反应及其研究和发重点：计算轻核聚变释放的核能° 难点：可控热核5.3聚变与受控热核反应课前•预习昱孝KEQIAN YUXIDA0X1 E学习目标3.会计算轻核聚变释放的核能。

反应的基本原理。

0 切导引：：：：：：：：：：：：：：：：：一、更大的能源宝库1 .平均结合能小的轻核察成一个较重的原子核，同时会释放核能C这种释放核能的反应叫核聚变。

2.核反应应用举例：徂+汨f；He+；n+17.6 MeV。

3.在消耗核燃料的量相同的情况下，聚变比裂变释放的核能多。

4.聚变的条件：由于这种核反应需要在几千万开以上的高温下进行,所以聚变又叫热核反应。

预习交流150多亿年来，太阳每秒辐射出的能量约为3. 8X1026 J,相当于一千亿吨煤燃烧所放出的能量。

太阳这么大的能量是怎么来的？答案：在太阳内部，不断地进行着轻核聚变反应，它的能量就是核聚变产生的。

核聚变反应在宇宙中很普遍。

二、受控热核反应1.托卡马克结构：利用强磁场约束等离子体的环流器。

2.“激光聚变”的构想：1964年我国科学家王澄昌与前苏联科学家各自独立地提出了激光聚变的构想，即用高功率的激光打在高、氤组成的靶丸上，产生高温使核燃料发生核聚预习交流2有人说，随着科技的发展，在不久的将来，汽车不再烧油，而是该烧“海水”。

你相信这能实现吗？答案：可以实现。

热核聚变的燃料之一，笊的含量丰富，每升海水中就含有0.03 gM 核，这些笊核完全聚变释放的能量约和燃烧300升汽油相当。

只要热核反应实现可控，就可利用热核聚变获得能源。

课堂.合作探究K E TANGHEZ UOTANJIU一、核聚变产生的条件热核反应为什么需要几千万度的高温？答案：只有几千万度的高温，才能使原子完全电离形成等离子体状态，原子核也才有足够大的动能，克服库仑力接近到核力起作用的10*111内，发生核聚变。

迁移蜀应用1关于聚变，以下说法正确的是（）。

5.2裂变及其应用-沪科教版选修3-5教案

5.2裂变及其应用-沪科教版选修3-5教案

5.2裂变及其应用-沪科教版选修3-5教案教学目标1.了解核裂变过程及其应用；2.掌握核反应平衡方程式的写法；3.理解裂变链式反应，掌握引发的条件和关键；4.了解核电站的构造和工作原理；5.了解利用核能的优缺点及安全问题。

教学重点1.核反应平衡方程式；2.裂变链式反应引发条件；3.核电站工作原理。

教学难点1.裂变链式反应的关键；2.核电站的构造和工作原理。

教学方法1.探究式教学；2.讨论式教学；3.演示式教学；4.归纳式教学。

教学过程1.引入新内容板书核能的定义：指核反应中包括裂变反应和聚变反应的能量，包括核裂变能和核聚变能。

邀请学生谈谈你们对核能的了解。

2.讲解核裂变过程及其应用板书核裂变的定义：指原子核遭受某种外部作用，使得它裂成两个核，释放出大量能量。

板书核反应平衡方程式及其写法举例1：铀-235的裂变反应92235U+10n →14456Ba+8936Kr +301n +200MeV 举例2：钚-239的裂变反应94239Pu+10n →13654Xe+9940Zr +301n +200MeV 讲解核能在能源领域的应用以及它的优缺点。

3.掌握裂变链式反应引导学生分析：几率大———裂变发生； 几率小———免疫。

当中有多少百分比几率引发链式反应？引导学生回答裂变链式反应的关键因素。

4.了解核电站的构造和工作原理板书核电站的构造和工作原理。

1. 核反应堆；2. 冷却系统；3. 蒸汽轮机；4.发电机。

同时，和学生一起探讨核电站对环境和安全的影响。

5.结束课堂总结本课所学内容，回顾本课所学内容，疏导学生的困惑，希望能让学生更好地理解核裂变及其应用。

参考文献1.张达琨, 郭红胜, 孙昭良. 核物理学(第2版)[M]. 清华大学出版社, 2014.2.王竞. 核物理实验指导与评析[M]. 科学出版社, 2019.。