第5章 第4、5节 核裂变 核聚变 粒子物理学发展概况（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（教科版2019）

第4、5节　核裂变　核聚变　粒子物理学发展概况 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)初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。 科学思维 热核反应可能的控制方法。 科学探究 核电站的组成及工作原理。 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　链式反应 1．核裂变：重核分裂成几个中等质量原子核的核反应现象。 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方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 3．链式反应 (1)定义：一个反应过程的产物能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去。 (2)链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂变物质的质量大于等于临界质量。 二、核反应堆　核电站 1．核反应堆：一种人为可控的核裂变链式反应装置。 2．核电站：利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。 三、核聚变　受控热核反应 1．核聚变：轻原子核聚合成较重原子核的反应。 2．典例：H＋H―→He＋n。 3．受控热核反应 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。 (2)惯性约束：在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应，聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应。 四、粒子物理学发展概况 1．加速器和对撞机：加速器对带电粒子加速获得高能粒子。对撞机能让两束高能粒子流实现对撞。 2．粒子“全家福” 现在发现的粒子达400多种，它们可大体分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子四大类。 3．夸克模型 1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由3种更基本的粒子组成的，这些粒子称为夸克。夸克模型指出电子电荷不再是电荷量的最小单元，而存在分数电荷。 4．宇宙的演化 大爆炸学说是宇宙的起源和演化的重要理论。 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)|核裂变与链式反应 [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)有慢中子轰击。 (2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。 3．裂变反应的能量 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。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能，裂变时能产