第5章 第4、5节 核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第4、5节　核裂变和核聚变　核能的利用与环境保护 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、重核裂变　链式反应 1．重核裂变 定义 用中子轰击铀核，发现铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量，这种核反应过程称为核裂变 裂变能 核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能 典型裂 n＋U―→Sr＋Xe＋2n 变反应 n＋U―→Ba＋Kr＋3n 2.链式反应 (1)定义：当中子轰击U核使其裂变释放出巨大能量的同时，释放出的中子继续轰击U，使之发生裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反应。 (2)临界体积：能够发生链式反应的铀块的最小体积。 二、轻核聚变　可控热核聚变 1．核聚变：轻核聚变成较重核而释放核能的核反应。 2．常见的聚变方程 (1)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核： H＋H―→He＋n 这个核反应可释放17.51 MeV的能量，平均每个核子释放3.5 MeV的能量。 (2)H＋H―→H＋H＋4.00 MeV。 3．轻核聚变的反应条件：核间距接近10－15 m，核力发生作用的距离内。 4．约束核聚变材料的方法：引力约束、磁约束和惯性约束。 三、核能的利用与环境保护 1．核电站：将核反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。 工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能。 燃料：反应堆以U为燃料。 2．核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。 3．核能的优势 (1)核能发电比燃煤发电的成本低。 (2)核能发电比燃煤发电对环境带来的污染小。 4．核能利用存在的危害 (1)核废料的高放射性。 (2)放射性物质泄漏，产生核污染。 (3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏。 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.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。(√) 3.万物生长靠太阳，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。 4.如图所示，为氢弹爆炸形成的蘑菇云，实际上氢弹爆炸是由原子弹爆炸高温高压引发的，那么氢弹中核聚变反应为什么需要几百万摄氏度的高温呢？ 提示：要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，这就需要温度达到几百万摄氏度，原子核就可以具有这样大的动能。 新知学习(一)|重核裂变与核能计算 [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。 提示：U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 (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。　　　　 [重点释解] 1．铀核的裂变和裂变方程 (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或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)常见的裂变方程： ①U＋n→Xe＋Sr＋2n； ②U＋n→Ba＋Kr＋3n。 2．链式反应的条件 (1)有慢中子