5.4 核裂变　核聚变 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

4 核裂变 核聚变 第五章 原子核与基本粒子 High school physics 了解核反应堆的工作原理，初步了解核电站的构成，知道如何控制核反应的速度 02 知道什么是核裂变和链式反应，知道维持链式反应的条件，会写核裂变方程，会用质量亏损计算核裂变产生的核能 01 知道什么是核聚变，知道核聚变发生的条件，了解受控热核反应，会利用质量亏损计算核聚变产生的核能 03 重点 重难点 1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，半径400 m内，沙石被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？ 答案　铀核的裂变释放出的能量。 【点击图片 播放视频】 公司logo 公司logo 情境导入 核裂变　链式反应 01 1938 年，德国放射化学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现用中子轰击铀核的产 物中含有中等质量的原子核钡和氪。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对哈恩等人的发现做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新核。 奥托·哈恩 莉泽·迈特纳 公司logo 公司logo 核心知识 中子轰击铀核时，铀核发生裂变， 其中一种典型的反应是： U＋n→Ba＋Kr＋n 核裂变 1.定义 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 公司logo 公司logo 核心知识 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。 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。 链式反应 1.定义 2.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。 3.核裂变的能量 公司logo 公司logo 核心知识 如图所示为核裂变示意图。 答案　重核裂变不能自发进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。 (1)重核裂变是一种天然现象吗？ 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 答案　不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.关于重核的裂变，下列说法正确的是 A.核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，核子数减少 C.铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量 D.重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质 量核时，要放出核能，有质量亏损 √ 例题 比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量。重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，可见由重核裂变成中等质量的核要放出能量，有质量亏损，选项D正确； 铀核裂变放出的能量是原子核的核能，不等于俘获中子时得到的能量，选项A错误； 裂变过程遵循质量数守恒、电荷数守恒，选项B错误； 核电站利用的是裂变释放的能量，选项C错误。 中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程叫重核裂变。 重核裂变 1.重核裂变 原因：核反应前后有质量亏损（根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小） 2.重核的裂变是放能核反应 在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。 公司logo 公司logo 总结提升 2.(来自教材改编)若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量) (1)写出上述铀核裂变的核反应方程； (2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。(结果保留2位有效数字) 答案　 (1) U＋n→Sr＋Xe＋1n　 (2) 1.4×102 MeV 例题 (1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有 U＋n→Sr＋Xe＋1n。 (2)该核反应的质量亏损为 Δm＝(235.043 9＋1.008 7) u－(89.907 7＋135.907 2＋10×1.008 7) u＝0.150 7 u 释放的能量为 ΔE＝Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。 核反应堆　核电站 02 【点击图片 播放视频】 公司logo 公司logo 情境导入 核反应堆 1.定义 一种人为可控的核裂变链式反应装置 按引起裂变的中子能量可分为 慢中子反应堆 快中子反应堆 2.分类 3.主要组成部分及作用 组成部分 材料 作用 裂变材料 (核燃料) 铀棒(浓缩铀) 提供核燃料 公司logo 公司logo 核心知识 组成部分 材料 作用 减速剂 (慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉或硼 吸收中子，控制反应速度 冷却剂 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 公司logo 公司logo 核心知识 核能发电： 核电站 推动汽轮发电机发电 核能 水的内能 转化 水变成高温高压的蒸汽 温度升高 利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电 公司logo 公司logo 核心知识 3.如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是 A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大 量α粒子 B.中子速度越快越容易发生链式反应 C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度 D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关 √ 石墨 镉棒 铀棒 水泥防护层 例题 正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误； 中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误； 利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确； 核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。 核聚变　受控热核反应 03 【点击图片 播放视频】 公司logo 公司logo 情境导入 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之内，即距离达到10-15m以内。因此，核聚变反应也称热核反应。 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.核反应方程举例 H＋H→He＋n 3.条件 必须要上亿摄氏度的温度 公司logo 公司logo 核心知识 ③核聚变反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。 4.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，能释放更多的能量。 ②核聚变反应没有放射性废料产生。 公司logo 公司logo 核心知识 ②激光惯性约束： 受控热核反应 1.实现可控核聚变反应的难点 核聚变所需温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 2.控制方法 ①磁约束： 利用磁场约束参加反应的物质。 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。 公司logo 公司logo 核心知识 4.(2024·眉山市高二检测)2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为H+H—→ He+X+17.6 MeV，已知H的结合能为E1，H的结合能为E2，He的结合能为E3，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是 A.核反应方程中X为正电子 B.该反应属于聚变反应，H核相比He核，其核子平均质量较小 C.核反应中的质量亏损为 D.He核的比结合能为4.4 MeV √ 例题 根据质量数和电荷数守恒可知X为中子，故A错误； 该反应为聚变反应，方程式中生成物比反应物稳定，核子平均质量更小，故B错误； 核反应放出的能量为ΔE=E3-(E1+E2)，由质能方程可得E3-(E1+E2)=Δmc2，解得Δm=，故C正确； 17.6 MeV不是He核的结合能，因此 MeV=4.4 MeV不是He核的比结合能，故D错误。 核裂变　核聚变 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：U＋n→Ba＋Kr＋n 核反应堆　核电站 3.链式反应：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。 4.重核的裂变是放能核反应 1.核反应堆：一种人为可控的核裂变链式反应装置  核聚变　 受控热核反应 1.核聚变：把轻原子核聚合成较重原子核的反应  2.核电站：利用核裂变所释放出的核能进行发电 2.热核反应控制方法：磁约束；激光惯性约束 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $