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PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦核裂变、核聚变及核能利用与环境保护，通过课前知识梳理夯实基础概念，课堂深度探究链式反应条件、能量计算等核心内容，随堂巩固落实知识应用，构建“基础-深化-应用”的学习支架，帮助学生系统掌握核反应规律。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，通过核反应方程书写、比结合能分析等培养科学推理能力，结合核电站原理及核污染处理渗透环保责任。例题解析与对比表格（裂变与聚变区别）助力理解，学生提升分析解决问题能力，教师可高效开展分层教学。

第4节　核裂变和核聚变 第5节　核能的利用与环境保护 1 学习目标 1．知道重核裂变和轻核聚变。　2.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量。 3．了解核能的利用与环境保护。 返回导航 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、重核裂变 1．核裂变：用______轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，这种核反应过程称为核裂变。 2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是_____________________________。 中子 返回导航 二、链式反应 1．链式反应：当一个______引起一个重核______后，裂变释放的______再引起其他重核______，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。 2．临界体积：能发生链式反应的铀块的____________称为临界体积。 3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于____________。 中子 裂变 中子 裂变 最小体积 临界体积 返回导航 三、轻核聚变 1．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．举例：_________________________。 四、可控热核聚变 1．使轻核发生聚变的条件：必须使它们的间距达到核力作用的范围。 2．控制方法：①引力约束；②磁约束；③惯性约束。 返回导航 五、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。 2．原子弹和氢弹。 3．核能的优势：产热效率高、安全运行的情况下污染小。 4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的_________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的_________，需要装入特制的容器，深埋地下。 水泥层 放射性 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)铀块的体积大于临界体积时链式反应才能不停地进行下去。(　　) (2)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。(　　) (3)核聚变时吸收能量。(　　) (4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(　　) √ ×　 ×　 √ 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 10 知识点一　重核的裂变 图为重核裂变的链式反应。试探究：   (1)什么是链式反应？ [提示]　重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。 (2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？ [提示]　能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。 返回导航 返回导航 2．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。 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全部裂变放出的能量相当于2 800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。 返回导航 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 原子核X的中子数为89－36＝53，B错误； 返回导航 √ 返回导航 [解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝92，故A错误； 根据爱因斯坦的质能方程有ΔE＝Δmc2＝(235.043 9 u＋1.008 7 u－140.913 9 u－91.897 3 u－3×1.008 7 u)c2，解得ΔE≈3.2×10－11 J，故D错误。 返回导航 知识点二　核电站的工作原理 慢中子反应堆的示意图如图所示。试探究： (1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？ [提示]　慢中子。 (2)如何控制核裂变反应的激烈程度？ [提示]　控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些。 返回导航 1．反应堆工作原理 (1)热源：在核电站中，核反应堆是热源。铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。 (2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。 返回导航 (3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。 2．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。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 返回导航 　 　我国玲龙一号(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源。下列说法正确的是(　　) A．玲龙一号核反应堆的核燃料是取自海水中的氘 B．玲龙一号原理是利用轻核的聚变释放核能 C．玲龙一号是利用重核裂变释放的核能来发电 D．玲龙一号是利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能 √ 返回导航 [解析]　玲龙一号是利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，故A、B错误，C正确； 中等质量的核比结合能最大，则玲龙一号是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能，故D错误。 返回导航 知识点三　核聚变及核能的计算 1．核聚变发生的条件 要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 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。 返回导航 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。 4．核聚变的应用 (1)核武器——氢弹，它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。 (2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段。 返回导航 5．重核裂变与轻核聚变的区别 项目 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 核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 返回导航 项目 重核裂变 轻核聚变 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它 返回导航 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 氘核的比结合能比氦核的小，故B错误； 氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10－15 m以内，故C错误； 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 33 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误； 核聚变和核裂变均放出能量，故C正确； 我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误。 返回导航 √ 返回导航 核聚变反应释放能量，反应前后有质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可知E＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2，故B错误，D正确； 核聚变反应为内力作用，系统的动量守恒，则核反应前后系统总动量不变，故C错误。 返回导航 4．(核裂变与核聚变)“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，标志着我国在可控核聚变领域达到了国际领先水平。下列关于核聚变的说法正确的是(　　) A.轻核聚变过程，原子核的比结合能变大 B．轻核聚变在常温常压下即可自发地进行 C．轻核聚变过程，生成物的质量大于反应物的质量 D．与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更低 √ 返回导航 解析：原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能变大，A正确； 轻核聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，B错误； 核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量，C错误； 与核裂变反应相比，核聚变的产能效率更高，D错误。 返回导航 $