高中物理第四章原子核4.5裂变和聚变教案粤教版选修3_8

4.5 裂变和聚变
课堂互动
三点剖析
一、对铀核裂变的正确理解
（1）发现：1939年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步.
（2）核反应方程：U 235
92+n Kr Ba n 109236141
56103++−→−
(3)裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核 .复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2—3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能.这就叫链式反应，如图4-5-1所示.
图4-5-1
（4）临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀核时碰不到而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积.
二、对聚变的理解
（1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变，聚变反应又叫热核反应.
（2）聚变反应方程式：H 21+H 31−→−
He 42+n 1
0 应用实例：原子弹爆炸时，就能产生这样的高温，然后就可以引起核的聚变，氢弹就是根据这样的原理制成的.氢弹内部相当于还有一颗小原子弹.
各个击破
【例1】 关于铀核裂变，下述说法正确的是（ ）
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，最好用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，
但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变；而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小；引起链式反应，须使铀块体积越过临界体积.故选项B 、C 两项正确.
答案：BC
类题演练
用中子轰击铀核（U 235
92），其中的一个可能反应是分裂成钡（Ba 141
56）和氪（Kr 9236）两部
分，放出3个中子.各个核和中子的质量如下：
m U =390.313 9×10-27 kg,m n =1.674 9×10-27 kg
m Ba =234.001 6×10-27 kg,m kr =152.604 7×10-27 kg
试写出核反应方程，算出反应中释放的核能.
解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程.
根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能.
此铀核裂变方程为n 10+n Kr Ba U 109236141
56235
923++−→−
则核反应前后的质量亏损为Δm=m U +m n -m Ba -m Kr -3m n =0.357 8×10-27 kg
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE=Δmc 2=0.357 8×10-27×（2.997 9×108）2 J=3.215 7×10-11 J
答案：n 10+n Kr Ba U 1092
36141
56235
923++−→− 3.245 7×10-11 J 【例2】 以下说法正确的是（ ）
A.聚变是裂变的逆反应
B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C.聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量
D.裂变与聚变均可释放巨大能量
解析：从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同.裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应.
既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反.
诚然，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量.但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量.因此，总的说来，聚变反应还是释放热量，故D 项正确.
答案：D。