第5章 第4节 核裂变和核聚变 第5节 核能的利用与环境保护（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（鲁科版）

该高中物理课件聚焦原子核与核辐射主题，系统涵盖核裂变、链式反应、轻核聚变及核能利用与环境保护等核心知识点。通过知识回顾衔接核反应基础，以“重核裂变—链式反应—轻核聚变—核能应用”为脉络搭建学习支架，帮助学生逐步构建知识体系。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，通过核反应方程推导、质量亏损计算等培养科学推理能力，结合核能优势与核废料危害强化社会责任意识。采用知识辨析、典例分析等方法，助力学生深化物理观念，教师可借助系统资料提升教学效率。

第4节　核裂变和核聚变 第5节　核能的利用与环境保护 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 重核裂变及链式反应 1.重核的裂变 (1)核裂变:用中子轰击铀核,铀核分裂成质量相近的两部分,并释放出能量。科学家把这种核 反应过程叫作核裂变。核裂变是释放核能的方法之一。 (2)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+ n。 第5章　原子核与核能 高中同步 2.链式反应 (1)定义:在 U核裂变释放出巨大能量的同时,平均每次可以放出2~3个中子,这些中子称为 第1代中子,如果其中至少有一个继续轰击 U,使之发生裂变,就能产生第2代中子,这样继续 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称为临界体积。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.轻核聚变 采用轻核聚变成较重核引起结合能变化的方式可获得核能。这样的核反应称为核聚变。 2.太阳内部核聚变的反应方程  H H→ He n。 3.轻核聚变的条件 要使轻核发生聚变,必须使它们的间距达到核力作用的范围。 4.物质第四态——等离子态 高温下,原子已完全电离,形成等离子态。高温等离子体的密度及高温必须维持一定时间才 能实现聚变。 5.约束高温等离子体的三种方式 知识点 1 知识点 2 轻核聚变及可控热核聚变 引力约束、磁约束、惯性约束。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.核电站 (1)核电站就是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。 (2)目前核电站的反应堆以 U为燃料,发电成本低于煤电。 (3)采用增殖反应堆可以使资源得到充分利用。 2.核武器 原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。 (1)原子弹:是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。 (2)氢弹:是一种可控热核反应装置。 3.核能的优势与危害 (1)优势:在安全运行的情况下,核能发电比燃煤发电对环境污染小。 知识点 1 知识点 3 核能的利用与环境保护 第5章　原子核与核能 高中同步 (2)危害 ①核废料具有高放射性,放射性物质一旦泄漏,会造成严重后果。 ②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。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程。     (　    ) 核裂变是将重核分裂成中等质量的新原子核的过程。 2.减速剂的作用是使快中子减速变成慢中子。     (　    ) 3.托卡马克装置可以产生螺旋形磁场,将等离子体约束在环形真空室内。 (　    ) 4.目前,可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电。 (　    ) 目前,核裂变反应已经被广泛应用于核电站发电。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ √ √ ✕ 第5章　原子核与核能 高中同步 1.裂变的解释 重核被中子轰击后,与中子复合成一个处在高激发态的原子核,这个原子核要发生形变,从一 个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核,核子间的距离增大,核力迅速减小,不足以抵消 质子间的库仑斥力从而不能恢复原状,最后分裂成两部分,同时放出中子。 2.裂变过程为什么能放出能量 中等大小的原子核的平均结合能较大,这些核较稳定。如果使较重的核分裂成中等大小的 核,核子的平均结合能会增加,可以释放出能量 U的裂变是很常见的一种重核裂变,它裂变 的生成物有多种,其中有一种很典型的裂变反应是:  U n Ba Kr+ n 疑难 情境破 疑难1 对重核裂变的理解 讲解分析 第5章　原子核与核能 高中同步 在重核裂变过程中,核反应满足核电荷数守恒和质量数守恒,但反应前后质量不同,发生了质 量亏损,释放出能量。 计算一个铀核在上述裂变过程放出的能量。 已知m U)=235.043 9 u,mn=1.008 7 u,m Ba)=140.913 9 u,m Kr)=91.897 3 u,且1 u质量对 应的能量为931.5 MeV 裂变前:m1=(235.043 9+1.008 7) u=236.052 6 u 裂变后:m2=(140.913 9+91.897 3+3×1.008 7) u=235.837 3 u 质量亏损:Δm=m1-m2=0.215 3 u 释放能量:ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.55 MeV。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.聚变发生的条件 要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离,这要克服电荷间强大的斥力作用,使轻 核具有足够大的动能。 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。 讲解分析 疑难2 对核聚变的理解 第5章　原子核与核能 高中同步 4.核聚变的应用 (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.原子核衰变、人工转变、裂变、聚变的区别 类型 可控性 典例 衰变 α衰变 自发  U Th He β衰变 自发  Th Pa e 第5章　原子核与核能 高中同步 人工转变 人工控制  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 重核裂变 容易控制  U n Ba Kr+ n  U n Xe Sr+1 n 轻核聚变 现阶段很难控制  H H He n 第5章　原子核与核能 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 典例 C 第5章　原子核与核能 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5章　原子核与核能 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是什么。 (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。 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 物一个核子的平均结合能(比结合能)大于反应物一个核子的平均结合能(比结合能),则E3比E 1大,故B错误; 质量亏损Δm= = ,故C正确; 核聚变反应是放热反应,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。 第5章　原子核与核能 高中同步 $