第5节 裂变和聚变（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（粤教版）

第五节　裂变和聚变 核心素养导学 物理观念 (1)了解核裂变反应及链式反应的条件。 (2)了解核聚变反应的条件。 (3)知道核电站的工作模式。 科学思维 通过热核反应的条件，认识热核反应可能的控制方法。 科学探究 探究核电站的组成，知道其工作原理。 科学态度与责任 (1)了解两类核能应用的利弊，关注技术应用对人类生活和社会发展的影响。 (2)感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，形成相对完整、科学的物质观念。 一、核裂变与链式反应 1．核裂变 重核 释放 中子 中子 中子 裂变反应 最小 较重 能量 10－15 静电斥力 热核反应 核反应堆 低 小 1.如图所示，为铀核裂变示意图，请对以下说法作出判断： (1)铀核裂变是一种天然放射现象。 ( ) (2)铀核裂变的产物是固定的，就是生成钡和氪，同时放出3个中子。 ( ) (3)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链式反应。 ( ) (4)核反应堆用过的核废料无毒无害。 ( ) × × √ × 2．万物生长靠太阳，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗？ 提示：来源于太阳内部的核聚变反应。 3. 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，地处浙江省海盐县。秦山核电站工程建设自1985年3月开工，1991年12月并网发电。秦山核电站的建成发电，使我国成为世界上第7个能够自行设计、建造核电站的国家。 请对以下说法作出判断： (1)核原料与火力发电所用煤相比，便于运输和储存。 ( ) (2)在核电站，核裂变释放的大量核能可以直接用于发电。 ( ) (3)核电站中控制核反应速度用的是镉做成的镉棒。 ( ) × × √ 新知学习(一)|核裂变与核能计算 [任务驱动] 如图为核裂变示意图。 (1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 提示：有慢中子轰击铀块，铀块的体积大于临界体积，这样就可以产生链式反应。 新知学习(二)|核聚变的特点及应用 [重点释解] 1．核聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m以内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 2．轻核聚变是放能反应 从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 3．核聚变的特点 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。 (2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 (3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。 4．核聚变的作用 (1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。 (2)可控热核反应：目前处于探索阶段。 5．重核裂变与轻核聚变的区别 项目 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应的核废料处理简单得多 项目 重核裂变 轻核聚变 原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 /方法技巧/ (1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据。 (2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE＝Δmc2进行计算。 新知学习(三)|核电站的主要组成及工作原理 [任务驱动] 如图所示为核电站工作流程示意图： 核电站的核心设施是什么？ 提示：核反应堆。 [重点释解] 1．核电站的主要组成 核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要组成如表格：   慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层 采用的材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态的金属钠 很厚的水泥防护层 作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染 2．反应堆工作原理 (1) 热源：在核电站中，