4.5 裂变和聚变（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（粤教版选修3-5）

粤教版 高中物理选修3-5 第四章 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变． 一.核裂变 1.核裂变 2、铀核的裂变 （1）发现 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。 （2）裂变产物 多种多样 + → + + 链式反应 由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应． 1千克铀全部裂变，放出的能量相当于2500吨优质煤 链式反应 链式反应的条件：（以下条件满足一个即可） 1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。 原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续，只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。相应的质量叫做临界质量。 重核的裂变能够自发的进行吗？ 放出能量： 在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损： 释放出的能量为： 1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优质煤完全燃烧时释放的能量。 = + → + + 原子弹 利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。 内 爆 式 原 子 弹 枪 式 原 子 弹 链式反应的应用——原子弹 “小男孩”原子弹 链式反应的应用——原子弹 “小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑． 在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡． “原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者．” 原子弹 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ． 原子弹 原子弹 在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒。 广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。四天后他死了。 倒塌的钢架结构建筑物 原子弹 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 （1）轻核的聚变核反应方程式 (2)热核反应 轻核聚变需要满足几百万度的高温条件。 21H 31H 42He 10n 能量 三、核聚变 某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。 聚变的条件: 使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有: （1）用加速器加速原子核； （２）把原子核加热到很高的温度； 热核反应 不经济 核聚变的利用——氢弹 三种炸药： 普通炸药 Ｕ235 氘、氚 爆炸 裂变 聚变 弹体 引爆装置 小型原子弹 氘、氚、重氢化钾等 铀235 外壳 普通炸药 氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量，其爆炸达到的温度约为100亿度，亦即太阳中心温度的1000倍 氢弹爆炸形成的磨姑云 四、受控热核反应 聚变与裂变相比的优点： 1.轻核聚变产能效率高。 2.地球上聚变燃料的储量丰富，每升水中就含有0.03g氘。 3.轻核聚变更为安全、清洁。实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应自动终止，氘和氚聚变产生的氦没有放射性等 现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： ２、如何约束聚变所需的燃料； 磁场约束 １、地球上没有任何容器能够经受如此高的温度； 氢弹结构图 每秒钟太阳的质量减少多少千克？ 太阳每秒钟辐射出多少能量？ 3.8× 1026 焦 4×109 kg 太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年。 五、裂变和聚变 中 链式 裂 链式 质量较大 原子弹 几百万 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能量，产生明显的质量亏损，但核子数不会减少 D．重核裂变时比结合