第5章 4 核裂变与核聚变-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

4　核裂变与核聚变 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 1．了解核裂变反应和核聚变反应 2．关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响 科学态度与责任：关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响 1．了解核裂变反应和核聚变反应 2．关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响 (见学生用书P69) 知识点一　核裂变 1．核裂变的发现 (1)核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 (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是 U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 (3)链式反应：用中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。 (4)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 2．反应堆与核电站 (1)核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成。 ①核燃料：铀棒。 ②慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。 ③控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作控制棒。 (2)工作原理：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。 (3)裂变反应的能量大小：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 全部发生核裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量。 (4)核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)核电站对环境的污染要比火力发电大。(　　) (2)核电站发电的优点之一是消耗的核燃料少。(　√　) (3)链式反应发生的必要条件是铀块的体积大于或等于临界体积。(　√　) 2．思考题：已知重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，由此，解释铀核裂变为中等质量的原子核时，为什么会释放核能？ 【答案】 铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，因此会释放核能。 知识点二　核聚变 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2．核反应方程：H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10-15 m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。因此核聚变又叫热核反应。 4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 5．人工核聚变：氢弹。首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 6．核聚变的优点和缺点 (1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁。 (2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)两个轻核结合成质量较大核的核反应叫作核聚变。(　√　) (2)轻核聚变是放能反应。(　√　) (3)核聚变又叫热核反应。(　√　) 2．思考题：从比结合能的图线看，为什么轻核聚变是一个放能反应？ 【答案】 从比结合能的图线看，轻核聚变后生成的原子核的比结合能增加，因此轻核聚变是一个放能反应。 (见学生用书P70) 类型一　核裂变问题 下列有关核反应方程及其描述，正确的是(　A　) A．He＋Al―→P＋n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程 B．U―→Xe＋Sr＋n是核聚变方程 C．H＋H―→He＋n是α衰变方程 D．N＋He―→O＋H是α衰变方程 【解析】 选项A中方程是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程，由此找到了放射性同位素30P，故A正确；选项B中方程是核裂变方程，但书写错误，不是核聚变方程，故B错误；选项C中方程是轻核聚变反应方程，故C错误；选项D中方程是卢瑟福发现质子的方程，属于人工核转变，故D错误。 2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献。下列有关核反应的说法错误的是(　D　) A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损 C．U＋n―→Xe＋Sr＋dn，式中d＝2 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 【解析】 目前核潜艇是利用重核裂变释放的核能提供动力，故A正确；根据质能方程可知，重核裂变反应前后一定有质量亏损，故B正确；根据质量数与电荷数守恒可知，U＋n―→Xe＋Sr＋dn，式中d＝2，故C正确；铀核裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，故D错误。 类型二　核聚变问题 月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(23He)”的化学元素，可作为发电燃料。即利用氘和“氦3”发生的核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量，进行发电。关于“氦3”与氘的核聚变反应，下列说法中正确的是(　C　) A．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 B．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应 C．生成的新核是He D．核聚变反应需要的条件是“氦3”的体积足够大 【解析】 核聚变反应释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，A错误；目前核聚变反应无法有效控制，核电站利用的是重核裂变，B错误；核反应方程为H＋He―→H＋He，生成的新核是He，C正确；轻核聚变在高温、高压下才可以发生，重核裂变才要求裂变物质体积达到临界体积，D错误。 能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源短缺问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　C　) A．He＋Al―→P＋H是原子核的人工转变 B．F＋H―→O＋He是α衰变 C．H＋H―→He＋γ是核聚变反应 D．U―→Ba＋Kr＋2n是核裂变反应 【解析】 选项A中方程书写错误，方程式两边电荷数不相等，故A错误；选项B中方程是人工核转变方程，故B错误；选项C中方程是核聚变反应，故C正确；选项D中方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。 本课点睛(教师用书独有) 重核裂变与轻核聚变的区别 — 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 学科网（北京）股份有限公司 $$