5.4核裂变与核聚变 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦核裂变与核聚变核心内容，涵盖链式反应条件、核反应堆原理及聚变应用等知识点。通过核电站、原子弹等实际案例设问导入，衔接原子核结合能知识，搭建从理论到技术应用的学习支架。 其亮点在于以核心素养为导向，通过书写核反应方程、计算质量亏损培养科学思维，结合核反应堆工作流程分析科学探究能力，融入哈恩等科学家发现历程渗透科学态度与责任。采用对比表格明晰裂变与聚变差异，例题关联ITER计划，助力学生深化理解，教师可依托重难点设计教学提升效率。

4.核裂变与核聚变 第五章 原子核 人教版选择性必修第三册 导入新课 较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢? 核电站 原子弹 学习目标 物理观念 知道核裂变、核聚变和链式反应，结合比结合能变化曲线，知道链式反应和核聚变的条件。 科学思维 会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。 科学探究 了解核反应堆的工作原理，以及其中装置的作用，知道如何控制核反应的速度。 科学态度 与责任 了解核能利用的发展历程，感受科学家探索微观世界、开发清洁能源的严谨态度与创新精神 重点难点 重点 1.会书写核裂变和核聚变方程； 2.核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。 难点 1.会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。 1. 核裂变的发现 2. 核聚变 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第1节 质点 参考系 一、核裂变的发现 第1节 质点 参考系 一、核裂变的发现 核子平均质量 比结合能 核子的平均结合能随质量数的变化 z 核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量更大。 使较重的核分裂成中等大小的核，结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。 20世纪30年代，物理学家的一个重大发现改变了人类历史。原子核在“分裂或聚合”时，会释放出惊人的能量。 一、核裂变的发现 1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。 哈恩 迈特纳 弗里施 一、核裂变的发现 1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。 铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪（铀236为中间过程，不稳定），同时放出3个中子。核反应方程是： 中子轰击铀235 中间产物铀236 氪89 钡144 3个中子 一、核裂变的发现 铀核裂变的产物是多种多样的，其他裂变方程还有: 我国科学家钱三强、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的 和。 二分裂 一、核裂变的发现 2.链式反应 ①定义：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条件： (1)有足够浓度的铀235。 (2)有足够数量的慢中子。 (3)铀块的质量（体积）大于或等于临界质量（体积）。 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。 一、核裂变的发现 3.裂变反应的能量: 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温。 = 1 kg 2800 t 一、核裂变的发现 原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。 原子弹的燃料是铀235或钚239。在天然铀中只有0.7%的铀235，剩下的99.3%是不易核裂变的铀238。为得到高浓度的铀235，就必须进行同位素分离，形成铀235含量较高的浓缩铀。钚239在自然界并不存在，人们利用核反应堆中产生的中子打击铀238，生成物衰变后成为钚239，然后再利用化学方法将钚239从铀238中分离出来。 原子弹 一、核裂变的发现 4. 核反应堆：人工控制链式反应的装置 吸收中子、 控制反应速率 慢中子 (石墨、轻水、重水)用于减小中子的速度 (浓缩铀)核燃料 屏蔽射线防止放射性污染 一、核裂变的发现 核电站工作流程 在热交换器内，第二回路中的水被回热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。 一、核裂变的发现 5.核电站优点： ①消耗的核燃料少 ②污染小 在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于 10 t 标准煤完全燃烧放出的热。一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗 30 t 左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤 2.5×106 t ！ 一、核裂变的发现 例1. 铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( ) A. 铀块的质量是重要因素，与体积无关 B. 为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子 C. 若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生 D. 能否发生链式反应与铀的质量无关 C 一、核裂变的发现 例2.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 C 二、核聚变 二、核聚变 1.核聚变:某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应。 发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内(原子核需要很大的动能才会“撞”在一起) 方法:①用加速器加速原子核(不经济) ②原子核加热到很高的温度108～109K 核聚变又叫热核反应：热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。 二、核聚变 大阳是一个巨大的热核反应堆 弹体 引爆装置 小型原子弹 普通炸药 铀235 氘、氚 爆炸 裂变 聚变 氘、氚、重氢化钾等 铀 235 外壳 普通炸药 释放核能 氢弹结构示意图 2.核聚变的实例与应用 太阳聚变反应 不可控！ 二、核聚变 3.核聚变的优缺点 (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. 磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质 (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. 解决方案：磁约束和惯性约束. 惯性约束：利用核聚变物质的惯性进行约束 二、核聚变 4.重核裂变与轻核聚变的区别 比较项目 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 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 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,除氢弹以外,人们还不能控制它 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 二、核聚变 二、核聚变 例3.国际热核聚变实验堆（ITER）计划俗称“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆，该装置中发生的核聚变反应是和聚变生成并释放能量。下列说法正确的是（　　） A．该聚变的核反应方程是 B．的质量等于组成它的核子的质量之和 C．的比结合能大于的比结合能 D．为了实现可控核聚变，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束 D 三、课堂总结 三、课堂总结 链式反应的条件： 重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应 核裂变与核聚变 核裂变 核聚变 裂变方程： 核反应堆与核电站的工作流程 临界体积、临界质量 两个轻核结合成质量较大的核的反应 聚变方程： 优点：产能效率高；聚变燃料的储量丰富；更安全、清洁 实现可控核聚变的方法：磁约束、惯性约束 四、练习与应用 四、练习与应用 1.关于核反应堆,下列说法不正确的是(　　 ) A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能 B.镉棒的作用是控制反应堆的功率 C.石墨的作用是吸收中子 D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 C 四、练习与应用 2. (多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是（ 　　） A. 铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B. 铀核裂变时还能同时释放2~3个中子 C. 为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235 D. 铀块的体积对产生链式反应无影响 BC 四、练习与应用 3.现有三个核反应方程：①； ②；③。 下列说法正确的是（　　） A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变 C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变 C 四、练习与应用 4. 关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　 　) A. 一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B. 聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大 C. 聚变反应中粒子的比结合能变小 D. 聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大 B 四、练习与应用 5.核反应堆的功率为104 kW，1 h消耗燃料8.75 g，已知每个铀235裂变时放出2×108 eV的能量，求该燃料中铀235的质量百分之比。 答案　5% Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf57.62.100 $