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，系统涵盖重核裂变的链式反应及能量计算，核反应堆与核电站的工作原理及核能优缺点，聚变反应的条件、能量释放及可控热核反应等核心知识点。通过问题驱动导入，如“重核裂变如何发生”“链式反应需满足什么条件”，衔接原子核结构知识，为后续核能应用学习搭建支架。 其亮点在于以活动方案引导科学探究，通过核反应方程书写、质量亏损计算等培养科学推理能力，结合核电站慢化剂作用、“人造太阳”等实例渗透科学态度与社会责任。检测反馈融入我国钍基熔盐堆等科技成就，帮助学生构建能量观念，教师使用可提升教学效率，激发学生探究兴趣。

第4节　核裂变与核聚变 第五章 原子核 内容索引 学习目标 活动方案 检测反馈 学 习 目 标 内容索引 1．知道重核的裂变和链式反应，会计算核裂变释放的能量． 2．知道什么是核反应堆，了解核电站及核能的优缺点． 3．了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应及其研究和发展． 内容索引 活 动 方 案 内容索引 活动一：了解重核的裂变和链式反应 1．重核的裂变 (1)重核的裂变是如何发生的？如图所示，怎样解释重核裂变能释放出大量的能量？ 【答案】 重核裂变是质量较大的原子核俘获中子后分裂成两个(或多个)中等质量核的反应过程．由图中可以看出，重核向中等质量的核反应过程中，平均核子质量减少，发生质量亏损，所以放出能量． 内容索引 (2)铀核裂变的产物是多样的，可能出现的有二分裂、三分裂和四分裂等形式，但三分裂和四分裂概率比较小，裂变的同时能够放出2～3(或更多)个中子．请完成下列比较常见的裂变反应方程： (3)铀核的裂变是一种天然放射现象吗？ 【答案】 不是．铀核在受到中子轰击后才发生裂变，不是天然放射现象，属于核裂变反应． 内容索引 2．当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．要使链式反应能够不断进行下去，对发生裂变物质的体积或质量有怎样的要求？ 【答案】 发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量． 内容索引 内容索引 内容索引 活动二：了解核电站及核能的优缺点 1．阅读教材，简要说明核电站的主要部件采用的材料及其作用． (1)慢化剂采用的材料：________________________________，其作用：_____________________________________________________. (2)控制棒采用的材料：______，其作用：______________________ _______. (3)热循环介质采用的材料：____________________，其作用：____________________________. (4)保护层采用的材料：__________________，其作用：__________ _____________________. 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 降低中子速度，便于铀235俘获，从而提高中子的利用率 镉 吸收中子，控制反应 速度 水或液态的金属钠 把反应堆内的热量传输出去 很厚的水泥外壳 屏蔽射 线，防止放射性污染 内容索引 2．如图所示是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法中正确的是 (　　) A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应 B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应 C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，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慢一些 D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些 B 内容索引 【解析】 快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，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，C、D错误． 内容索引 活动三：了解聚变反应 1．两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变．要实现核聚变，为什么要把燃料加热到几百万开尔文的高温？ 【答案】 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10－15 m，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，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，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温，因此聚变反应又称为热核反应． 内容索引 (1)X是什么粒子？ (2)该反应释放出的能量为多少MeV？(结果保留3位有效数字) (3)若一个铀235原子核裂变后能释放200.6 MeV的能量，试判断相同质量的核聚变燃料和铀核裂变燃料哪个释放的能量多？ 内容索引 (2)核反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u， 所以该反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV. (3)铀235平均每个核子释放0.85 MeV，而核聚变燃料平均每个核子释放3.5 MeV，所以核聚变燃料释放的能量多． 内容索引 3．回答下列问题： (1)目前人们实现的核聚变是什么？ 【答案】 目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是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，但这是不可控制的． (2)实现热核反应存在的困难是什么？ 【答案】 实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温． 内容索引 (3)如何实现对热核反应的控制？ 【答案】 可能实现对热核反应的控制方法有：①磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置．②惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应． 内容索引 4．下列关于聚变与裂变的说法错误的是 (　　) A．就平均每一个核来说，聚变反应比重核裂变释放的能量多 B．聚变反应对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C．聚变反应的原料在地球上储量丰富 D．聚变反应的速度更容易控制 D 【解析】 聚变反应的速度不容易控制，裂变反应的速度容易控制，D错误．故选D. 内容索引 5．下列关于聚变的说法中，错误的是 (　　) A．要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫作热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行 D 内容索引 【解析】 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力发生作用的范围，实验证实，原子核的温度必须达到几百万开尔文时才有这样的能量，这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D错误．故选D. 内容索引 检 测 反 馈 内容索引 1．下列核反应中，属于核裂变反应的是 (　　) 1 D 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2．为使链式反应平稳进行，下列办法可行的是 (　　) A．铀块可制成任何的体积 B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核 C．通过慢化剂将产生的中子减速 D．用镉棒作为慢化剂使中子减速 2 C 【解析】 由于使铀块发生链式反应的体积应大于或等于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接用来轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误． 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 D 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 A 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 A 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6．我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电．该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂．则 (　　) A．铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等核，同时放出中子 B．裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能 C．石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度 D．可用铀238替代铀235作为核燃料 6 B 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7．1946年，我国物理学家何泽慧发现铀核的四裂变，铀235核俘获中子后裂变成三个质量较大的核和一个质量较轻的核，径迹如图所示，在铀核裂变过程中，产生新核的核子平均质量________(选填“大于” “小于”或“等于”)铀核的核子平均质量，若释放的核能为ΔE，则此 反应中发生的质量亏损Δm为______. (已知真空中的光速为c) 7 小于 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 重核裂变 轻核聚变 (m1＋m2－m3－m4)c2 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10．在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速．碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的． (1)设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少？ (2)至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10－6E0? 10 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 【答案】 (1)中子与原子核相碰，系统的合外力为0，动量守恒． 设中子的质量为m，碰前的速度为v0，碰后的速度为v1，碳核碰后的速度为v2. 由动量守恒得mv0＝mv1＋12mv2， 10 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 谢谢观看 Thank you for watching $