5.4 核裂变 核聚变（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦原子核与基本粒子，系统覆盖核裂变、核聚变、核反应堆、粒子物理发展等核心知识点，通过“知识辨析”环节（如铀裂变是否天然放射）衔接前后内容，搭建从原子核反应到粒子结构的学习支架。 其亮点在于采用对比表格（如裂变与聚变条件、可控性对比）、典例分析（太阳核聚变能量计算）及“一语破的”小结，结合科学思维中的模型建构与科学推理，帮助学生形成能量观念与物质观念。学生能深化对核反应本质的理解，教师可借助结构化内容提升教学效率。

1.核裂变 　　把重核分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为核裂变。 2.铀核裂变 用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多样的,其中一种典型的铀核裂变是 U n  Ba Kr+ n。 必备知识 清单破 4 核裂变　核聚变 5　粒子物理学发展概况 知识点1 核裂变　链式反应 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 3.链式反应 　　如果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,这样的反应称为链式反应。 4.临界体积 　　把能够发生链式反应的裂变物质的最小体积叫作临界体积。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 核反应堆　核电站 1.核反应堆是一种人为可控的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分 为慢中子反应堆和快中子反应堆。 (1)慢化剂:反应堆中,为了使核裂变产生的快中子减速,在铀棒周围要放置慢化剂。常用作慢 化剂的物质有普通水(也叫轻水)、重水和石墨。 (2)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入一些控制棒。制造控 制棒的材料是镉或硼等能强烈吸收中子的物质,当反应过于剧烈时,就把控制棒插入得深一 些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些。反之则把控制棒向外拔出一些。 2.核电站 (1)核能发电指利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。 (2)发电原理:核能转变成水的内能,使水变成高温高压的蒸汽,推动汽轮发电机发电。 知识点2 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 3.核电站的主要部件及作用 慢化剂 控制棒 冷却剂 安全壳 采用的材 料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉(或硼等) 水或液态 的金属钠 很厚的水泥 作用 降低中子速度,便于铀235俘获 吸收中子,控制反应 速度 把反应堆内的 热量传导出去 屏蔽射线,防 止放射性污染 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 4.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少。 (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 核聚变　受控热核反应 1.核聚变 (1)定义:把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应,简称核聚变。 (2)条件:在聚变反应中,要使两个带正电的轻核聚合成一个质量较大的核,必须使它们具有足 够的动能去克服库仑斥力,进入到核力作用范围(10-15 m)内,然后通过核力的作用结合发生聚 变。核聚变反应一旦发生,就不再需要外界继续提供能量,靠自身产生的能量就可以使反应 继续进行下去。 (3)举例 H H He n。 (4)热核反应:要启动上述核聚变反应,必须要上亿摄氏度的温度,使 H核和 H核具有足够的 动能克服库仑斥力进入到核力作用范围内。因此,核聚变反应也称热核反应。 知识点3 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 (5)核聚变反应和核裂变反应相比,具有很多优越性。①在消耗相同质量的核燃料时,核聚变 反应比核裂变反应能释放更多的能量。②核裂变反应时产生放射性废料,处理起来比较困 难,而核聚变反应没有放射性废料产生。③核聚变反应所用的燃料氘,在地球上的储量非常 丰富。 2.受控热核反应 (1)实现可控核聚变反应的难点:把高达上亿摄氏度的反应体放在何处。 (2)控制方法 ①磁约束:利用磁场约束参加反应的物质。 ②激光惯性约束:由于聚变反应的时间非常短,聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成 了核反应。所以,在惯性约束下,可以用激光从各个方向照射参加反应的物质,使它们“挤” 在一起发生反应。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 粒子物理学发展概况 1.“基本”粒子 (1)1932年,中子被发现,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本 的粒子,把它们叫作“基本粒子”。 (2)随着科学的发展,科学家们发现很多新粒子不是由质子、中子、电子组成的,并发现质 子、中子等本身也有自己的复杂的结构。所以,从20世纪后半期起,就将“基本”二字去掉, 统称为粒子。 2.粒子“全家福” 　　粒子的分类:大体可分为强子、轻子、规范玻色子几种类型。 知识点4 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 3.夸克模型 1964年美国物理学家盖尔曼和茨威格各自独立提出了强子结构的夸克模型。他们认为强子 是由3种更基本的粒子组成的,并称这些粒子为夸克。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 知识辨析 1.铀核的裂变是一种天然放射现象吗? 2.与核裂变相比,核聚变反应中平均每个核子放出的能量大一些还是小一些? 3.质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子吗? 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 一语破的 1.不是。天然放射现象是自发进行的,而铀核的裂变要用中子轰击才能发生。 2.核聚变反应中平均每个核子放出的能量是核裂变反应中的3~4倍。 3.不是。质子、中子都有内部结构,还可以再分。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 1.铀核的裂变 (1)原子核受激发:当中子进入铀235后,便形成了处于激发状态的复合核,复合核中由于核子 的剧烈运动,使核变成不规则的形状。 (2)原子核分裂:核子间的距离增大,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个或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。 2.发生链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积。 (2)铀块的质量大于临界质量。 以上两个条件满足一个,则另一个条件自动满足。 关键能力 定点破 定点　核裂变与核聚变 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 导师点睛    (1)铀核的裂变只能发生在人为的核反应中,自然界中不会自发地产生裂变,而是 会发生衰变。 (2)链式反应速度很快,如不加以控制,能量在瞬间急剧释放会引起剧烈爆炸(如原子弹)。如 果运用一定办法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量(如核电站、核潜艇等)。 3.核聚变的特点 (1)从比结合能曲线看,轻核聚变后比结合能增加,因此聚变反应是一个放能反应。 (2)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放的能量更多。 (3)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。 (4)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。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 类型 可控性 条件 典例 衰变 α衰变 自发 原子序数大 于83的元素 及个别小于 等于83的元 素自发进行  U Th He β衰变 自发  Th Pa e 4.原子核衰变、人工转变、裂变、聚变的区别 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 人工转变 人工控制 需要人工用 高速粒子进 行诱发  N He O H(卢瑟福发现质子)  He Be C n(查德威克发现中子)  Al He P n 约里奥·居里 夫妇发现人 工放射性同 位素  P Si e 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 重核裂变 容易控制 需要中子轰 击  U n Ba Kr+ n  U n Xe Sr+1 n 轻核聚变 现阶段很难 控制 需要极高温 度  H H He n+17.6 MeV 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 5.核反应方程的书写 (1)熟记常见粒子的符号,如质子 H)、中子 n)、α粒子 He)、β粒子 e)、正电子 e)、氘 核 H)、氚核 H)等。 (2)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等 号连接。 (3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据质量数守恒、电荷数守恒凭空杜撰出 生成物来写核反应方程。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 典例　太阳的巨大能量是核聚变产生的,其中一种核反应方程为 H H He+X【1】。已知  H的比结合能为E1 H的比结合能为E2 He的比结合能为E3【2】,真空中的光速为c,则 (　    ) A.X表示质子 B.E1比E3更大 C.核反应过程中的质量亏损【3】可以表示为  D.一个 H核与一个 H核的结合能之和等于一个 He核的结合能 C 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 信息提取　【1】电荷数守恒,质量数守恒;释放的能量=反应后的总结合能-反应前的总结合能。 【2】核聚变反应生成物更稳定,比结合能更大;比结合能×核子数=结合能。 【3】Δm=  第五章 原子核与基本粒子 高中同步 思路点拨    (1)根据质量数守恒和电荷数守恒确定X。 (2)根据谁更稳定确定比结合能的大小。 (3)单个核子没有结合能,根据结合能与比结合能的关系得出每个原子核的结合能,根据反应 前后总结合能之差得出核反应过程释放的能量,根据质能关系得出质量亏损。 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 解析    根据电荷数守恒、质量数守恒得X的电荷数为0,质量数为1,X为中子,故A错误; 使重 核裂变为中等大小的核或使轻核聚变为中等大小的核,都可使核更为稳定并放出能量,故生 成物的平均结合能(比结合能)大于反应物的平均结合能(比结合能),则E3比E1大,故B错误; 质 量亏损Δm= = (由【1】【2】【3】得到),故C正确; 核聚变反应是放能反应, 则生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和,故D错误。 答案    C 第五章 原子核与基本粒子 高中同步 $