2015-2016学年人教版选修3-5-核裂变-课件解析

设与 1kg 铀 235 相当的的优质煤的质量为 m，则有 m＝28..924××1100137kg＝2.789×106kg＝2789 t。 答案：8.2×1013J 2789t
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
点评：解答本题要按如下思维过程进行：
一个铀235裂 变释放的能量
提供核燃料 使裂变产生的快速中子减速
控制棒
镉
吸收减速后的中子，控制反应速度
反射层
石墨
阻止中子逃逸
热交换器
水
产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电
防护层
金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
特别提醒： 在利用核反应堆发电时，一定要注意安全防护，历史上曾 经有过核电站泄漏事故。
(3)控制棒：由吸收中子能力很强的__镉___制成，用以控制 _反__应__速__度___。
(4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的_水__泥__壁__，可防止射 线辐射出去。
(5)热交换器：靠__水___和_液__态__金__属__钠__在反应堆内外的循环 流动，把产生的热量传输出去。
第十九章 第六节
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
重点难点突破
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
一、重核的裂变及链式反应 1．铀核的裂变 (1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发 状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的 形式。 (2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使 得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3 个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断 进行下去，释放出越来越多的核能。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
3．核反应堆 原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓 地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务， 裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示：
组成部分
材料
作用
裂变材料(核燃料)
浓缩铀(29325U)
Байду номын сангаас
慢化剂(减速剂) 石墨、重水或普通水
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的 控制棒，为什么？
答案：镉有吸收中子的特性，减少中子的数目，可以控 制能量释放的速度，而原子弹需要在极短的时间内释放大量 核能，发生猛烈爆炸，不需要控制速度，故不需要镉棒。
第十九章 第六节
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
核能的利用 已知铀 235 核裂变时的核反应方程为29325U＋10
n―→15461Ba＋9326Kr＋310n，一个铀 235 核裂变时，能释放 200MeV 的能量，则 1kg 铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃 烧值为 2.94×107J/kg 的煤所放出的能量？
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
(济南市部分重点高中 2014～2015 学年高二下学期联 考)1938 年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、 氪(Kr)、中子和一些 γ 射线。下列关于这个实验的说法中正确 的是( )
A．这个实验的核反应方程是29325U＋10n―→15464Ba＋8396Kr＋10n B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应 前粒子质量之和 C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方 程来计算 D．实验中产生的 γ 射线穿透能力极强
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
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 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度的高温。
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
2．核电站与火电站相比有何优缺点 (1)优点：①核电站消耗的燃料__很__少_。 ②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量__很__大_。 ③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物 要_少__得__多__。 (2)缺点：①一旦核泄漏会造成严重的_核__污__染__。 ②核废料处理__比__较__困__难__。
重核的裂变 1.定义 使重核分裂成__中__等__质__量__的原子核的核反应叫重核的裂 变。 2．核反应类型 重核的裂变只发生在_人__为__控__制___的核反应中，自然界不会 自发的产生。 3．一种典型的铀核裂变 29325U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋__3_10n__。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
考点题型设计
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
对核裂变的理解
关于重核的裂变，以下说法正确的是( ) A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所 以核子数要减小 D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均 质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放 出核能
课堂情景切入
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
核能作为一种新型能源，在人类的发展过程中所起的作用 越来越重要。核反应堆中发生着怎样的核反应？
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
知识自主梳理
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
学习目标定位
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
※
知道什么是裂变
※
了解铀核的裂变特点
※ 知道重核裂变能放出能量，知道链式反应
※
了解核电站的工作原理
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
核电站 1.核电站的工作原理 核电站的核心是__核__反__应__堆__，其简化示意图如图所示。各 部分作用如下：
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成 _铀__棒__作为核燃料，释放__核__能_。
(2)减速剂：用_石__墨__、__重__水__和__普__通__水_，使裂变中产生的中子 减速，以便被铀235吸收。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
如图为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？ (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
答案：(1)不是 (2)不能 解析：重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制 的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂 变。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
答案：D 解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应 方程应为：23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n，选项 A 不正确；铀 核裂变过程中产生 γ 射线，放出能量，发生质量亏损，释放的 能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项 B、C 不正确；核反 应中产生的 γ 射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项 D 正确。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
(3)核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量 原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子 核时，会发生质量亏损，释放核能。
2．链式反应的条件 (1)要有足够浓度的 235U； (2)要有足够数量的慢中子； (3)铀块的体积要大于临界体积。
→
1 kg的铀含有 的原子核个数
→
1 kg铀235裂 变释放的能量
→ 相当于m吨煤释放的能量
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中 正确的是( )
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
答案：BC 解析：慢中子容易被铀吸收，A错B对；要使链式反应的 速度慢一些，镉棒应插入深一些，C对D错。
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
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 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__。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
第十九章 原子核
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
第十九章 第六节 核裂变
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
1 学习目标定位 2 课堂情景切入 3 知识自主梳理
4 重点难点突破 5 考点题型设计 6 课时作业
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
二、核能的利用 1．核武器 原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出 来。 2．核电站 核电站是利用缓慢释放的核能来发电，这是核能的和平利 用。
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
如图所示为核电站工作流程示意图
其中各粒子质量分别为 mU＝235.043 9u，mn＝1.008 67u，
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
mSr＝89.907 7u，mXe＝135.907 2u， 质量亏损为 Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.151 0u 可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子 数是不会减少的，因此选项 A、B、C 均错。重核裂变为中等 质量的原子核时，由于核子平均质量小，会发生质量亏损，从 而释放出核能。 综上所述，选项 D 正确。 答案：D
A．铀 235 容易吸收快中子发生裂变反应 B．快中子跟减速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 C．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 D．若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
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
解析：首先求出 1kg 铀 235 中含有的原子核数，然后即可 根据已知求解。
1 kg 铀 235 中含有的原子核数为1203050×6.02×1023 个＝ 2.562×1024 个。
每个铀核裂变能放出 200MeV 的能量，则 1kg 铀核裂变能 释 放 ΔE ＝ 2.562×1024×200 MeV ＝ 5.124×1026MeV ＝ 5.124×1032×1.6×10－19J＝8.2×1013J，
第十九章 第六节
高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
解析：根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可 知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他 形式能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能 量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积， 如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反 应就不会发生。在裂变反应中核子数是不会减小的，如29325U 裂 变为9308Sr 和15346Xe 的核反应，其核反应方程为29325U＋10n―→9308Sr ＋15346Xe＋1010n，