高中物理选修3-5学案：《原子核》 第5节 核裂变
人教课标版高中物理选修3-5：《核裂变》教案-新版
19．6 核裂变★教材分析与学情分析本节知识从内容上来讲非常抽象，从掌握知识的角度来讲理解、记忆的成分较多。
因此本堂课应该引导学生进行讨论，加深对相关内容的理解。
当前，在新能源的开发和利用中，核能非常重要。
核能包括裂变能和聚变能，本节只讨论裂变能的产生及其和平利用。
教材沿重核裂变→链式反应（可控链式反应）→核电站这条主线展开。
教学方法主要是以学生阅读教材、背景材料及相关图片为基础，以问题为中心，锻炼学生的思维能力。
而对于裂变能的计算应引导学生复习前面学过的相关知识，注重知识的迁移。
★核心素养通过《核裂变》的学习过程培养学生的逻辑推理能力及应用数学图像处理物理问题的能力。
激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，思考科学与社会的关系。
让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。
确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
★教学目标1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。
2．知道什么是链式反应。
3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。
4．知道什么是核反应堆。
了解核电站的工作原理及核能发电的优缺点。
★教学重点1．链式反应及其释放核能的计算。
2．重核裂变的核反应方程式的书写。
★教学难点1．通过核子比结合能与质量数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
2．维持链式反应的条件。
★教学过程（一）简要复习，引入新课复习本章第5节的主要内容，给出原子核的比结合能与质量数关系的图像。
教师：同学们来看一下这个图像，从图像上大家可以获得哪些信息？学生：中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大。
教师：那大家猜想一下，获得核能的途径有哪些？学生：使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，核子将发生新的质量亏损，释放新的结合能。
老师：对了，物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。
物理：教科版选修3-53.5核裂变(教案)
物理：教科版选修3-5 3.5核裂变(教案)-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第5节核裂变三维教学目标1、知识与技能（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；（4）知道什么是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
（一）引入新课大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。
大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。
我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
（二）进行新课1、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
高中物理第十九章原子核6核裂变学案新人教版选修3_5
6 核裂变1．核裂变(1)核裂变的发觉：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，发觉了铀核的裂变。
(2)核裂变：使重核割裂成中等质量原子的核反映叫做重核的裂变。
(3)铀核裂变的一种核反映方程235 92U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 。
(4)核裂变的条件重核的裂变只能发生在人为控制的核反映中，自然界中不会自发地产生。
如铀核的裂变要利用中子轰击才能割裂。
【例1】 235 92U 吸收一个慢中子后，割裂成136 54Xe 和9038Sr ，还放出( )A ．1个α粒子B ．3个中子C ．10个中子D ．10个质子解析：设放出的粒子的质量数为x ，电荷数为y ，核反映进程知足质量数守恒和电荷数守恒。
由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧ 235＋1＝136＋90＋x ，92＝54＋38＋y ，解得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝10，y ＝0。
由此判断该核反映放出的必然是中子，且个数是10。
答案：C2．链式反映(1)概念：由重核裂变产生的中子使裂变反映一代接一代继续下去的进程，叫做核裂变的链式反映。
如图所示。
(2)临界体积要发生核反映，就必需使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情形下，中子通过铀块时，没有碰着铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反映，铀块的体积必需大于某一值，能发生链式反映的铀块的最小体积叫它的临界体积。
(3)产生条件：裂变的链式反映需要必然的条件才能维持下去：①要有足够浓度的铀235；②要有足足数量的慢中子；③铀块的体积要大于临界体积。
【例2】 关于铀核的裂变，下列说法正确的是( )A ．铀核裂变的产物是多种多样的B ．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子C ．为了使裂变的链式反映容易进行，最好用浓缩铀235D ．铀块的体积对产生链式反映无影响解析：铀核受到中子的轰击会引发裂变，裂变的产物是多种多样的，具有偶然性，裂变成两块的情形较多，也可能割裂成多块，并放出2～3个中子。
高中物理 第三章 原子核 3.5 核裂变导学案 教科版选修3-5.doc
5 核裂变[目标定位] 1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大能量.2.知道什么是链式反应，知道链式反应发生的条件.3.知道什么是核反应堆，了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点.一、核裂变1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应：当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积．二、核电站1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对核裂变和链式反应的理解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状．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，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应．3．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．一般来说，平均每个核子放出的能量约为1 MeV ，1 kg 铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t 优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ； 235 92U ＋10n ―→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n【例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，所以核子数减少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 ．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损 答案 D解析 核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能．原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失．所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径．平均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．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D 正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A 错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B 错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C 错误． 借题发挥 重核裂变的实质(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，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．(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，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要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．针对训练1 (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，最好用纯铀235D ．铀块的体积对产生链式反应无影响 答案 BC解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，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，而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B 、C 正确． 二、裂变过程中核能的分析和计算 铀核裂变释放核能的计算1．首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm . 2．根据ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能计算时注意Δm 与ΔE 单位的对应关系，若Δm 用kg 做单位，ΔE 用J 做单位；Δm 用u 做单位，ΔE 用MeV 做单位，1 u 相当于931.5 MeV 的能量．3．若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n )，则铀块裂变释放的核能E ＝n ΔE .【例2】 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U ＋10n→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋γ(1)核反应方程中的γ是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀(U)核的质量为235.043 9 u ，中子质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为142.909 8 u ，锆核质量为89.904 7 u ；又知1 u ＝1.660 6×10－27kg ，试计算1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？答案 (1)40 90 (2)5.06×1026MeV解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90；核反应方程中应用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235的铀核数为n ＝1 000235×6.02×1023＝2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Nd －m Zr －3m n ＝0.212 u 因此1 kg 铀235完全裂变产生的能量约为E ＝n ·Δm ×931.5 MeV＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV＝5.06×1026 MeV.针对训练2 用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)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，求出反应中释放的核能．答案10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析根据反应前后质量数守恒、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，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n，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.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.对核裂变和链式反应的理解1．裂变反应中释放出的能量来自于( )A．核子消失转化为能量B．原子中电子与原子核的电势能减小C．入射的中子消失转化为能量D．原子核的平均结合能变大，释放出能量答案 D解析发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D正确．2．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n，下列说法正确的有( )A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错．核电站及裂变产生核能的计算3．如图1所示，镉棒在核反应堆中的作用是( )图1A．使快中子变慢中子B．使慢中子变快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢答案 D解析在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用．4．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n―→136 54Xe＋9038Sr＋1010n已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV答案BD解析计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错、B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．(时间：60分钟)题组一对核裂变的理解1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )A．一定是稳定的B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可以是多种形式的两个核的组合答案BD解析重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．2．下列核反应中，属于核裂变反应的是( )A.105B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n答案 D解析由核裂变反应的特点知，D正确．3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是( )A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应答案 D解析铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．4.235 92U吸收一个慢中子后，分裂成139 54Xe和9438Sr，同时还放出( )A．一个α粒子B．一个氘核C．三个中子D．两个中子答案 C解析该裂变反应的方程为235 92U＋10n→139 54Xe＋9438Sr＋310n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确．5．一个235 92U核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235 92U＋10n―→X＋9438Sr ＋210n，则下列叙述正确的是( )A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C ．因为裂变时释放能量，根据E ＝mc 2，所以裂变后的总质量数增加 D ．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 答案 A解析 X 原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B 错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C 、D 错误．题组二 核反应堆、核能的计算6．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( ) 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 答案 ABD解析 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A 正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B 正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C 错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D 正确．7．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( ) A ．N A ×196 MeV B．235N A ×196 MeV C ．235×196 MeV D.N A235×196 MeV答案 D解析 1 g 纯 235U 含有1235×N A 个235U.因此1 g 235U 吸收中子完全发生核反应可以释放出N A 235×196 MeV 能量．8．当前，发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注，相比煤炭等传统能源，核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放，已成为世界快速发展的电力工业．经广大科技工作者的不懈努力，我国的核电技术已进入世界的先进行列，世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座，我国以20座名列第一．核电站的最核心部分是核反应堆，核反应堆中的燃料23592U 产生裂变，在短时间内释放出大量的核能可供人类利用．核反应堆中的镉棒起________作用，核反应方程应为23592U ＋________―→9236Kr ＋14156Ba ＋310n.若其质量分别为m U ＝390.313 9×10－27kg ，m n ＝1.674 9×10－27kg ，m Ba ＝234.001 6×10－27kg ，m Kr＝152.604 7×10－27kg ，核反应中释放的能量为ΔE ＝________J.答案 吸收中子控制核反应速度 10n 3.22×10－11解析 控制中子数可以控制反应速度；Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝0.357 8×10－27kg ，ΔE＝Δmc 2＝3.22×10－11J.9．一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并计算一个铀核裂变时释放的核能．已知m U ＝235.043 94 u ，m Xe ＝138.918 44 u ，m Sr ＝93.915 47 u ，m n ＝1.008 665 u ，1 u 相当于931.5 MeV. 答案235 92U ＋10n→139 54Xe ＋9438Sr ＋310n 179.5 MeV解析 核反应方程为23592U ＋10n→13954Xe ＋9438Sr ＋310n 反应中的质量亏损为Δm ＝(m U ＋m n )－(m Xe ＋m Sr ＋3m n )＝(235.043 94＋1.008 665) u －(138.918 44＋93.915 47＋3×1.008 665) u＝0.192 7 u 所以，一个铀核裂变释放的核能为 ΔE ＝0.192 7×931.5 MeV≈179.5 MeV10．在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为________，a ＝________.以m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝________.(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11J ，铀核的质量m U ＝390×10－27kg ，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量．答案 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 104 kg解析 (1)由反应方程可知：X 为10n ，a 为3，释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2. (2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗23592U 的功率为P ′＝P40 %＝1.00×10640 %kW ＝2.5×106kW.核电站每年消耗23592U 的能量为W ＝P ′t ＝2.5×109×3.15×107 J ＝7.875×1016 J产生这些能量消耗的铀核的数目： n ＝WΔE ＝7.875×10162.78×10－11＝2.83×1027(个)每年消耗235 92U的质量为M＝nm U＝2.83×1027×390×10－27 kg＝1 104 kg.。
选修3-5-3.5~6核裂变 核聚变
例题、练习
将碳原子质量的1/12规定为原子质量单 位，记为1u，1u=1.6605*10-27kg.
比结合能
概念 意义
原子结合能除以核子数 比结合能越大，核越稳定
小结
结合能
概念
计算
比结合能
概念 意义
选修3-5 第三章 原子核
第5~6节 核聚变 核裂变
裂变与变
原子核的结合能
原子核的结合能
概念
由分散的核子到结合成原子核的过程中所释放的能量
对比 原子核的结合能 化学能 核子与核子结合
105~106
原子核与电子结合
1
结合能的计算
爱因斯坦
E=mc2
注意：这里的质量亏损 是指原子核的质量变化， 不包括核外电子。
高中物理第四章原子核第五节裂变及聚变课件粤教版选修3-5
3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂 变，使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好 是利用铀 235；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，链式反应 就不会发生．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
判断正误 (1)裂变中放出的中子数目是固定的 3 个中子．(×) (2)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链 式反应．(√)
答案：D
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
知识点二 受控热核反应 提炼知识 1．核聚变：比铁轻的两个轻核聚合成一个较重的核 时，会释放出能量来，我们把这种核反应叫核聚变．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到 10 －15 m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．由于原子 核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服电 荷之间强大的斥力．这就要使核具有足够的动能，就要给 核加热，物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电 子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的 动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到 可以发生聚变的程度．因此，这种反应又叫作热核反应．
(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 变成不规则的形状．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
(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，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核 能.
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
新人教版高中物理选修3-5 核裂变 核聚变 粒子和宇宙 学案
核裂变核聚变粒子和宇宙[学习目标]1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件.3.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．一、核裂变和链式反应[导学探究](1)铀核裂变是如何发生的？(2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？答案(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状．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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．(2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生．铀核裂变不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应．[知识梳理]对核裂变和链式反应的理解(1)核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．(2)铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U＋1n→14456Ba＋8936Kr＋310n.(3)链式反应由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，叫做核裂变的链式反应．(4)链式反应的条件①铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量．②有足够数量的慢中子．[即学即用]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答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．二、核电站[知识梳理]核反应堆的结构及核电站的认识(1)核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：①燃料：铀棒．②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂；③控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度．(2)工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高．(3)能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却．(4)核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下．[即学即用]核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是()A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统答案 A解析核反应堆的主要部分包括：①燃料，即浓缩铀235；②慢化剂，采用石墨、重水或普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电，故A正确，B、C、D错．三、核聚变[导学探究](1)为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？答案轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15 m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度．(2)目前人们实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？如何实现对热核反应的控制？答案①目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应，但这是不可控制的．②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．③可能实现对热核反应的控制方法：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．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．[知识梳理]对核聚变的认识(1)聚变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，聚变反应又称为热核反应．(2)聚变方程：2H＋31H―→42He＋10n＋17.6 MeV.1(3)聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的库仑力作用，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以上的高温．[即学即用](多选)下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，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，因此聚变又叫做热核反应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进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行答案ABC解析轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m，故必须克服库仑斥力做功，A正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万开尔文的高温，B 正确；热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C 正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D 错．四、粒子和宇宙[导学探究] 强子和夸克的关系是怎样的？夸克分多少种？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？答案 夸克是强子的基本组成成分；夸克有6种：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷为＋23或－13；每种夸克都有对应的反夸克；夸克不能以自由的状态单个出现的性质，叫夸克的“禁闭”．[知识梳理] 对粒子和宇宙的理解(1)“基本粒子”不基本①直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”．②随着科学的发展，科学们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．(2)发现新粒子①新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K 介子和π介子及以后的超子等．②粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．(3)夸克模型的提出1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．[即学即用] 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的．u夸克带电荷量为23e ，d 夸克的带电荷量为－13e ，e 为元电荷，下列说法中可能正确的是( ) A ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成答案 B解析 质子11H 带电荷量为2×23e ＋⎝⎛⎭⎫－13e ＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×⎝⎛⎭⎫－13e ＝0.可见B正确.一、重核裂变的理解及核能的计算例1关于重核的裂变，下列说法正确的是()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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C错误．答案 D归纳总结重核裂变的实质：(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程．(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量(但核子数守恒)，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．例2用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)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，求出反应中释放的核能．解析根据反应前后质量数守恒、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，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋23592U―→14156Ba＋9236Kr＋310n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝3.578×10－28 kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.答案10n＋23592U―→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J总结提升铀核裂变释放核能的计算(1)首先算出裂变反应中的质量亏损Δm.(2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能计算时要注意Δm与ΔE单位的对应关系：若Δm用kg做单位，则ΔE用J做单位；若Δm 用u做单位，则ΔE用MeV做单位，1 u相当于931.5 MeV的能量．(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能E＝nΔE.二、轻核聚变的理解及核能的计算例3(多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是() A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同解析21H＋31H→42He＋10n是氢核聚变方程，故A项正确；根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C正确．答案AC例4太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(计算结果在小数点后保留两位小数，1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程．(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(已知质子质量为m H ＝1.007 3 u ，氦核质量为m He ＝4.001 5 u ，正电子质量为m e ＝0.000 55 u) 解析 (1)由题意可得核反应方程为411H →42He ＋2 0＋1e.(2)反应前的质量m 1＝4m H ＝4×1.007 3 u ＝4.029 2 u ，反应后的质量m 2＝m He ＋2m e ＝4.001 5 u ＋2×0.000 55 u ＝4．002 6 u ，Δm ＝m 1－m 2＝0.026 6 u ，由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6×931.5 MeV ≈24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE ＝Δmc 2得太阳每秒减少的质量Δm ＝ΔE c 2＝3.8×1026(3×108)2 kg ≈4.22×109 kg. 答案 (1)411H →42He ＋20＋1e (2)24.78 MeV (3)4.22×109 kg总结提升重核裂变与轻核聚变的区别1． 一个23592U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U ＋10n →X ＋ 9438Sr ＋210n ，则下列叙述正确的是( )A ．X 原子核中含有86个中子B ．X 原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案 A解析X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．2．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c2答案 C解析铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得E＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.3．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H＋126C→137N ＋Q1，11H＋157N→126C＋X＋Q2.方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：A．X是32He，Q2＞Q1B．X是42He，Q2＞Q1C．X是32He，Q2＜Q1D．X是42He，Q2＜Q1答案 B解析由核反应过程必须遵守质量数守恒和电荷数守恒知X是42He.放出热量分别为Q1和Q2的两个核反应中质量亏损分别为0.002 1 u和0.005 3 u，故Q2＞Q1.4．一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同时放出一个中子，已知氘核质量为m1＝2.014 1 u，氚核质量为m2＝3.016 0 u，氦核质量为m3＝4.002 6 u，中子质量为m4＝1.008 665 u,1 u相当于931.5 MeV的能量，求：(1)写出聚变的核反应方程；(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？(结果在小数点后保留一位小数)答案(1)21H＋31H→42He＋10n(2)17.5 MeV 3.5 MeV解析(1)核反应方程为21H＋31H→42He＋10n.(2)此反应过程的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 665 u＝0.018 835 u，ΔE＝Δmc2＝0.018 835×931.5 MeV≈17.5 MeV.平均每个核子释放的核能为17.55MeV＝3.5 MeV.一、选择题(1～6为单选题，7～11为多选题)1．下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n答案 D解析由核裂变反应的特点知，D正确．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答案 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．3．秦山核电站第三期工程中有两个6×105 kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能裂变为23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重答案 B解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错．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，故反应后质量增大答案 B解析在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，故A错误；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．5．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.3 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为()A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．77.64 MeV D．92.16 MeV答案 D解析6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.3 MeV＝84.9 MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.6．“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是()A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成答案 B解析根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷，因此反氢原子是由1－1H核和0＋1e构成的．7．核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，32He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(m1－m3－m4)c2D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性答案BD解析由核反应方程知221H→32He＋10X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C均错误，B、D正确．8．以下核反应方程中属于核聚变的是()A.21H＋31H―→42He＋10nB.147N＋42He―→178O＋11HC.11H＋10n―→21H＋γD．411H―→42He＋20＋1e答案ACD解析轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变．9．当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的中子数比裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案BD解析由于在裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子，质子数没有发生变化，而两个新核的中子数减少，A错误，B正确；反应前后质量发生了亏损而释放出能量，并不等于俘获中子的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确．10．在下列四个方程中：X1、X2、X3、X4各代表某种粒子，判断正确的是()①23592U＋10n―→9538Sr＋13854Xe＋3X1②21H＋X2―→32He＋10n③23892U―→23492Th＋X3④2412Mg＋42He―→2713Al＋X4A．X1是中子B．X2是质子C．X3是α粒子D．X4是氚核答案AC11．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于23592U 的裂变，现有四种说法正确的是()A. 23592U原子核中有92个质子，143个中子B. 23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr ＋210nC. 23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D．一个23592U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J答案ABD解析由23592U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D正确．二、非选择题12．现有的核电站常用的核反应之一是：23592U＋10n→143 60Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀核的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u，锆核的质量为89.904 7 u，试计算1 kg铀235裂变释放的能量为多少焦耳？(已知1 u质量相当于931.5 MeV的能量，且1 u＝1.660 6×10－27 kg)答案(1)4090(2)8.1×1013 J解析(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90.(2)1 kg铀235中铀核的个数为n＝1235.043 9×1.660 6×10－27≈2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm＝0.212 u，释放的能量为ΔE＝0.212×931.5 MeV≈197.5 MeV则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV ＝5.056×1026 MeV ≈8.1×1013 J.13．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106 eV 的能量，写出核反应方程，并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．(保留三位有效数字)答案 411H →42He ＋20＋1e 6.74×1010 J解析 该反应的核反应方程为：411H →42He ＋2 0＋1e ，由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为E 0＝2.8×1064eV ＝7×105 eV 1 g 氢核(即1 mol)所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个应释放出的总能量E 为：E ＝7×105×6.02×1023 eV≈6.74×1010 J.。
19.6 核裂变 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (1)
6 核裂变三维教学目标1、知识与技能（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；（4）知道什么是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；（2）通过让学生自己阅读课本，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学过程：（一）引入新课大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。
大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。
我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
（二）进行新课1、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）总结：重核分裂成 的核，释放出核能的反应，称为裂变。
提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能） 总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。
2018版高中物理第三章原子核3.5核裂变导学案教科版选修3-5
5 核裂变[目标定位] 1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大能量.2.知道什么是链式反应，知道链式反应发生的条件.3.知道什么是核反应堆，了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点.一、核裂变1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应：当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积．二、核电站1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对核裂变和链式反应的理解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状．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，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应．3．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．一般来说，平均每个核子放出的能量约为1 MeV ，1 kg 铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t 优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ； 235 92U ＋10n ―→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n【例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，所以核子数减少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 ．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损 答案 D解析 核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能．原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失．所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径．平均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．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D 正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A 错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B 错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C 错误． 借题发挥 重核裂变的实质(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，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．(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，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要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．针对训练1 (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，最好用纯铀235D ．铀块的体积对产生链式反应无影响 答案 BC解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，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，而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B 、C 正确． 二、裂变过程中核能的分析和计算 铀核裂变释放核能的计算1．首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm . 2．根据ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能计算时注意Δm 与ΔE 单位的对应关系，若Δm 用kg 做单位，ΔE 用J 做单位；Δm 用u 做单位，ΔE 用MeV 做单位，1 u 相当于931.5 MeV 的能量．3．若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n )，则铀块裂变释放的核能E ＝n ΔE .【例2】 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U ＋10n→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋γ(1)核反应方程中的γ是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀(U)核的质量为235.043 9 u ，中子质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为142.909 8 u ，锆核质量为89.904 7 u ；又知1 u ＝1.660 6×10－27kg ，试计算1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？答案 (1)40 90 (2)5.06×1026MeV解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90；核反应方程中应用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235的铀核数为n ＝1 000235×6.02×1023＝2.56×1024(个)不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Nd －m Zr －3m n ＝0.212 u 因此1 kg 铀235完全裂变产生的能量约为E ＝n ·Δm ×931.5 MeV＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV＝5.06×1026 MeV.针对训练2 用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)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，求出反应中释放的核能．答案10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析根据反应前后质量数守恒、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，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n，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.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.对核裂变和链式反应的理解1．裂变反应中释放出的能量来自于( )A．核子消失转化为能量B．原子中电子与原子核的电势能减小C．入射的中子消失转化为能量D．原子核的平均结合能变大，释放出能量答案 D解析发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D正确．2．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n，下列说法正确的有( )A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错．核电站及裂变产生核能的计算3．如图1所示，镉棒在核反应堆中的作用是( )图1A．使快中子变慢中子B．使慢中子变快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢答案 D解析在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用．4．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n―→136 54Xe＋9038Sr＋1010n已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV答案BD解析计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错、B对；质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错．(时间：60分钟)题组一对核裂变的理解1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )A．一定是稳定的B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可以是多种形式的两个核的组合答案BD解析重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2～3个中子，故中子数会减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．2．下列核反应中，属于核裂变反应的是( )A.105B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n答案 D解析由核裂变反应的特点知，D正确．3．利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是( )A．它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易形成链式反应答案 D解析铀235发生裂变时会生成2～3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确．4.235 92U吸收一个慢中子后，分裂成139 54Xe和9438Sr，同时还放出( )A．一个α粒子B．一个氘核C．三个中子D．两个中子答案 C解析该裂变反应的方程为235 92U＋10n→139 54Xe＋9438Sr＋310n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确．5．一个235 92U核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235 92U＋10n―→X＋9438Sr ＋210n，则下列叙述正确的是( )A．X原子核中含有86个中子B ．X 原子核中含有141个核子C ．因为裂变时释放能量，根据E ＝mc 2，所以裂变后的总质量数增加 D ．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 答案 A解析 X 原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B 错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C 、D 错误．题组二 核反应堆、核能的计算6．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( ) 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 答案 ABD解析 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A 正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B 正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C 错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D 正确．7．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( ) A ．N A ×196 MeV B．235N A ×196 MeV C ．235×196 MeV D.N A235×196 MeV答案 D解析 1 g 纯 235U 含有1235×N A 个235U.因此1 g 235U 吸收中子完全发生核反应可以释放出N A 235×196 MeV 能量．8．当前，发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注，相比煤炭等传统能源，核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放，已成为世界快速发展的电力工业．经广大科技工作者的不懈努力，我国的核电技术已进入世界的先进行列，世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座，我国以20座名列第一．核电站的最核心部分是核反应堆，核反应堆中的燃料23592U 产生裂变，在短时间内释放出大量的核能可供人类利用．核反应堆中的镉棒起________作用，核反应方程应为23592U ＋________―→9236Kr ＋14156Ba ＋310n.若其质量分别为m U ＝390.313 9×10－27kg ，m n ＝1.674 9×10－27kg ，m Ba ＝234.001 6×10－27kg ，m Kr＝152.604 7×10－27kg ，核反应中释放的能量为ΔE ＝________J.答案 吸收中子控制核反应速度 10n 3.22×10－11解析 控制中子数可以控制反应速度；Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝0.357 8×10－27kg ，ΔE＝Δmc 2＝3.22×10－11J.9．一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并计算一个铀核裂变时释放的核能．已知m U ＝235.043 94 u ，m Xe ＝138.918 44 u ，m Sr ＝93.915 47 u ，m n ＝1.008 665 u ，1 u 相当于931.5 MeV. 答案235 92U ＋10n→139 54Xe ＋9438Sr ＋310n 179.5 MeV解析 核反应方程为23592U ＋10n→13954Xe ＋9438Sr ＋310n 反应中的质量亏损为Δm ＝(m U ＋m n )－(m Xe ＋m Sr ＋3m n )＝(235.043 94＋1.008 665) u －(138.918 44＋93.915 47＋3×1.008 665) u＝0.192 7 u 所以，一个铀核裂变释放的核能为 ΔE ＝0.192 7×931.5 MeV≈179.5 MeV10．在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为________，a ＝________.以m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝________.(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11J ，铀核的质量m U ＝390×10－27kg ，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量．答案 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 104 kg解析 (1)由反应方程可知：X 为10n ，a 为3，释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2. (2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗23592U 的功率为P ′＝P40 %＝1.00×10640 %kW ＝2.5×106kW.核电站每年消耗23592U 的能量为W ＝P ′t ＝2.5×109×3.15×107 J ＝7.875×1016 J产生这些能量消耗的铀核的数目：n ＝WΔE ＝7.875×10162.78×10－11＝2.83×1027(个) 每年消耗23592U 的质量为M ＝nm U ＝2.83×1027×390×10－27 kg ＝1 104 kg.。
人教版高中物理选修3-5《核裂变》
3、链式反应
由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。
链式反应的 条件：
二、裂变能 的利用
1、铀块的体积要大于临界体积 2、有足够的慢中子 3、有足够浓度的铀235
1、利用核能发电
2、核武器
一、核裂变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放 核能的反应叫做裂变
1、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实验中发现。
铀核裂变的产物有什么特点？
典型
U 2 3 5
92
+
01n→15464Ba
+3869k
r
+301n
2、多样性
铀核裂变的产物是多样的；甚至可能分 裂为三部分或四部分（概率约为分裂成 两部分的千分之三）
3、什么是链式反应？发生链式反应的 条件有哪些？
4、核电站的核心设施是什么？主要由 哪几部分组成？了解一下核电站的工 作原理。
一、核裂变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的 反应叫做裂变
1、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实验中发现。
典型
U 2 3 5
一、核裂变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的 反应叫做裂变
1、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实验中发现。
典型
U 2 3 5
92
+
01n→15464Ba
+3869k
r
+301n
2、多样性
铀核裂变的产物是多样的；甚至可能分裂 为三部分或四部分（概率约为分裂成两部 分的千分之三）
高中物理人教版 选修3-5 第十九章 原子核 6.核裂变
高中物理人教版选修3-5 第十九章原子核 6.核裂变选择题裂变反应中释放出的能量来自于(? )A．核子消失转化为能量B．原子中电子与原子核的电势能减小C．入射的中子消失转化为能量D．原子核的平均结合能变大，释放出能量【答案】D【解析】发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误，能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，D正确．选择题铀核裂变时，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．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子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．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关【答案】C【解析】要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量，故A、D错，C对。
铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错。
选择题链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是(? )A.质子B.中子C.β粒子D.α粒子【答案】B【解析】重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生新的重核裂变，形成链式反应，B项正确。
选择题贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是(? )A．铀238的衰变方程式为：→＋B.和互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性【答案】D【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A 项正确；铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B项正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C项正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D项错．选择题利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为(? )A．它比较容易发生链式反应B．能自动裂变，与体积无关C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多【答案】A【解析】核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．反应堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确．选择题一个核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为＋―→＋＋2，则下列叙述正确的是(? )A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少【答案】A【解析】X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，故C、D错误．选择题如图所示，镉棒在核反应堆中的作用是(? )A．使快中子变慢中子B．使慢中子变快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢【答案】D【解析】在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用．选择题下面是铀核裂变反应中的一个：＋―→＋＋10已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中(? ) A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2JD．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV【答案】BD【解析】计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。
人教版高二物理 选修3-5 19.6 核裂变
原子核的链式反应也可以在人工控制
下进行。这样，释放的核能就可以为人类 的和平建设服务。其实在第一个原子弹制 成以前，科学家们已经实现了核能的可控 释放。1942年，费米就主持建立了世界上 第一个称为“核反应堆”的装置，首次通 过可控制的链式反应实现了核能的释放。
二、核电站
解决能源危机根本途径——核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。 核聚变资源可使用几亿年。
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。
1、核裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释 放核能的反应叫做裂变。
=+
重核
小的核
铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂 变是生成钡U+10n
141 56
Ba+3962Kr+310n
问题：是不是所有的核裂变都能放出核能？
把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
4、裂变反应中的能量的计算
裂变前的质量： 裂变后的质量：
质量亏损：
铀核裂变时如果生成物不同，释放的能量也有差
异。一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤 完全燃烧时释放的化学能!
原子弹 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
核防护
对核袭击的防护大致可分为两大类。
（１）核爆炸瞬时效应防护。
利用工事进行掩蔽
在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背 向爆心卧倒，可减轻伤害。
（２）放射性沾染防护。
避开在沾染区或高照射量率的地区行动
及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染
人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽 量缩短时间 进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少 放射性物质在人体内的存留
2014新编鲁科版高中物理选修3-5全册导学案
鲁科版高中物理选修3-5 全册导学案目录1.1《动量定理》1.2《动量守恒定律_》1.3《科学探究----维弹性碰撞》2.1《电子的发现与汤姆孙模型》2.2《原子的核式结构模型》2.3《波尔的原子模型》2.4《氢原子光谱与能级结构》3.1《原子核结构》3.2《原子核衰变及半衰期》3.3《放射性的应用与防护》4.1《核力与核能》4.2《核裂变》4.3《核聚变》4.4《核能的利用与环境保护》5.1《光电效应》5.2《康普顿效应》5.3《实物粒子的波粒二象性》5.4《“基本粒子”与恒星演化》1. 1《动量定理》学案3【学习目标】1.理解和掌握动量的概念,强调动量的矢量性,并能正确计算一维空间内物体动量的变化。
2.理解和掌握冲量的概念,强调冲量的矢量性。
3.学习动量定理,理解和掌握冲量和动量改变的关系【学习重点】理解动量、冲量的概念;掌握使用动量定理【知识要点】1.动量运动物体的质量和速度的乘积叫动量。
动量通常用字母p表示。
pmv1单位:kg?m?s-12动量是矢量,动量的方向就是速度的方向。
如果物体沿直线运动,动量的方向可用正、负号表示。
2.动量定理1).冲量力和时间的乘积在改变物体运动状态方面,具有一定的物理意义。
力F和力作用时间t的乘积,叫做力的冲量。
用I表示冲量,IFt。
1单位:N?s。
2冲量是矢量2 .动量定理物理意义是:物体动量的改变,等于物体所受外力冲量的总和。
这就是动量定理。
用公式表示:Ip′-p动量定理反映了物体受到所有外力的冲量总和和物体动量的改变在数值和方向上的等值同向关系。
在使用时一定要注意方向。
【典型例题】例1: 质量为m的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间t1到达沙坑表面,又经过时间t2停在沙坑里。
求:⑴沙对小球的平均阻力F;⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I。
解:设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位置为B,在沙中到达的最低点为C。
⑴在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t1+t2,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向下为正方向,有: mgt1+t2-Ft20, 解得: ⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t1时间内只有重力的冲量,在t2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有: mgt1-I0,∴Imgt1 【达标训练】1.以初速度v0竖直向上抛出一物体,空气阻力不可忽略。
[精品]2019学年高中物理第三章原子核第5节核裂变教学案教科版选修
![[精品]2019学年高中物理第三章原子核第5节核裂变教学案教科版选修](https://img.taocdn.com/s3/m/30b1c41b31126edb6f1a10e7.png)
第5节 核_裂_变(对应学生用书页码P44)一、核裂变 1．定义重核分裂为几个中等质量原子核的过程。
2．裂变常见的方程235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n[特别提醒] 同一重核发生裂变时，产生的中等核可能不同。
二、链式反应 1．链式反应一个反应过程的产物能够再次引起这种反应，从而使反应一旦开始就能自动延续下去，这种反应过程就称为链式反应。
2．临界体积能够发生链式反应的裂变物质的最小体积。
三、核电站 1．核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，它主要由以下几部分组成：燃料、慢化剂、控制棒。
2．工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。
3．能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。
4．注重核污染的防护1．判断：(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。
( )(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。
( ) (3)铀核裂变时会吸收大量的能量。
( ) (4)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。
( ) (5)核能发电对环境的污染比火力发电要小。
( ) 答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√2．思考：核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？提示：控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。
(对应学生用书页码P45)1.(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状。
(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或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：①235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210n②235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋310n2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积。
人教版选修3-5 19.6核裂变 学案
6 核裂变[学习目标] 1.知道重核的裂变和链式反应．(重点)2.会计算核裂变释放的能量．(难点)3.了解原子弹的原理.4.知道核电站的工作模式及核能发电的优缺点．一、核裂变1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应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．4．链式反应的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．二、核电站1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．2．慢化剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)(3)铀核裂变时能释放出多个中子．(√)(4)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(√)(5)核电废料难以处理，对环境的污染比火电大．(×)2．(多选)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，但核子数不变D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能[解析]核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C正确．[答案]CD3．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是()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．铀棒的作用是控制反应堆的功率D．石墨的作用是吸收中子[解析]铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确，C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误．[答案]AB1(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状．(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或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)常见的裂变方程：①10n＋235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋310n②23592U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010n2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个即可。
高中物理 第3章 原子核 5 核裂变教师用书 教科版选修3-5-教科版高二选修3-5物理学案
5.核裂变学习目标知识脉络1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应．(重点)3.会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点)4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．(难点)核裂变与链式反应[先填空]1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U ＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应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．4．链式反应的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．[再判断]1．铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)2．铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)3．铀核裂变时能释放出多个中子．(√)[后思考]1．铀核的裂变是一种天然放射现象吗？【提示】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，属于核反应．2．铀核裂变的核反应方程是唯一的吗？【提示】不是．铀核裂变的生成物并不确定，所以其核反应方程不是唯一的．1．铀核的裂变和裂变方程(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状．(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或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)常见的裂变方程①235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210n.②235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.2．链式反应的条件(1)有慢中子轰击．(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t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．4．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同．(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．(2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小．能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变．因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.1．关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量B．铀核裂变在自然界中会自发地产生C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少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E ．美国扔在广岛的第一颗原子弹“小男孩”是用铀235制成的，之所以不用铀238，是因其不易发生链式反应【解析】 根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A 正确，B 、C 错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D 正确．铀235比铀238易于发生链式反应，可以短时间内放出巨大的核能，因此用铀235制作原子弹而不用铀238，故E 正确．【答案】 ADE2．链式反应中，重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是________.【导学号：11010048】【解析】 重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去．【答案】 中子3．现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：23592U ＋10n→14360Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν (1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零．试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u ，中子质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为142.909 8 u ，锆核质量为89.904 7 u ．又知1 u ＝1.660 6×10－27 kg ，试计算，1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？【解析】 (1)根据电荷数和质量数守恒，可得 Zr 的电荷数Z ＝92－60＋8＝40 质量数A ＝236－143－3×1＝90. (2)方法一：质量亏损Δm ＝(m U ＋m n )－(m Nd ＋m Zr ＋3m n )＝0.217 4 u. 一个铀核裂变释放能量 ΔE ＝Δm ×931.5 MeV＝0.217 4×931.5 MeV≈202.5 MeV 1 kg 铀核含有的原子核数为n ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个 1 kg 铀核产生的能量E 总＝n ·ΔE ＝2.562×202.5×1024 MeV≈5.2×1026MeV ＝5.2×1026×106×1.6×10－19J≈8.3×1013J.方法二：Δm ＝(m U ＋m n )－(m Nd ＋m Zr ＋3m n ) ＝0.217 4 u ＝0.217 4×1.660 6×10－27kg≈3.6×10－28kgΔE ＝Δmc 2＝3.6×10－28×(3×108)2 J ＝3.24×10－11Jn ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个 E 总＝n ΔE ＝2.562×1024×3.24×10－11 J≈8.3×1013 J.【答案】 (1)40 90 (2)8.3×1013J重核裂变核能计算的方法解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏伽德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一．核 电 站[先填空]1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆． 2．减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．5．核污染及防护核废料具有强烈的放射性，并且持续时间非常长．为保证核电站的安全，新建的核电站设有核燃料芯块的密封包壳、回路系统的密封设施及核电站的安全壳．[再判断]1．核反应堆可以人工控制核反应速度．(√)2．减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√)3．链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×)[后思考]1．核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？【提示】控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度．2．减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？【提示】减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率．1．核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：部件名称减速剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图351为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．图351(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．3．核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．4．关于核反应堆，下列说法正确的是( ) 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 ．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D ．石墨的作用是吸收中子E ．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能【解析】 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A 正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B 正确，C 错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D 错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故E 正确．【答案】 ABE5．原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、________、________、控制调节系统.【导学号：11010049】【解析】 核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水和普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电．【答案】 减速剂 冷却系统6．每昼夜消耗220 g 铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)【解析】 一昼夜消耗的铀所能产生的核能为： ΔE ＝200×220235×6.02×1023×106×1.6×10－19J＝1.8×1013J ，电功率P ＝ηΔE t ＝1.80×1013×25%24×3 600 W＝5.2×107W. 【答案】 5.2×107W1核电站释放的核能是一个个核反应释放核能积累的结果：E ＝n ·ΔE ，ΔE ＝Δmc 2，n ＝mM mol·N A . 2发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E 电＝ηE .。
2020_2021学年高中物理第三章原子核5核裂变教案教科版选修3_5
“核裂变”教学目标、要求：1．知识与技能知道核裂变现象，理解核裂变能放出巨大能量的道理；能根据质能方程计算核裂变情况下放出的能量；知道什么是链式反应，什么是临界体积；了解核电站的工作原理。
2．过程与方法统观各类核反应的能量状况，原则考虑释放核能过程的共性，经历理性分析、归纳的思维过程；听取科学家发现铀裂变的史实，获得科学发现的间接经验；对核能利用做可行性分析与论证，体验将科学转化为生产力的过程；领略微观物理学研究的正确方法。
3．情感态度与价值观让学生体验探究自然界规律的艰辛与喜悦；陶冶崇尚科学，仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫；学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养学生判断有关信息是否科学的意识。
教学重点、难点：重点：1．链式反应及其释放核能的计算。
2．重核裂变的核反应方程式的书写。
难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
教学方法：交流、讨论、启发、引导等教学手段：多媒体教学等教时安排:一课时参考资料：（科教版3-5教材、百度百科等）教学过程：这节课以邮票为线索串联整个教学过程。
纪念科学家的邮票不仅有科学家肖像，一般设计有科学家做出的重要贡献。
一、“核能开发的历史进程”（约5分钟）通过科学家邮票上的信息引导学生学习“核能开发的历史进程”。
学生阅读“阅读材料”识别邮票上的科学家是谁。
二、核裂变（约38分钟）1、铀核的裂变①由爱因斯坦质能方程探讨：释放核能的核反应应具有什么特征？②运用核子平均质量与原子序数的关系图像，推理得出核裂变是释放核能的核反应之一。
③动画演示、实物模拟视频，介绍哈恩发现铀裂变的史实，迈特纳对核裂变的解释的思维过程。
定义核裂变，书写核裂变反应方程。
用质能方程计算核裂变中释放的能量（教材p52活动），并与煤燃烧放能对比（教材p52活动），展望核能应用的广阔前景。
2、链式反应①裂变反应的维持需要有中子不断轰击铀核，这些中子从哪里来？约里奥居里夫妇的研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《核裂变》导学案一、核裂变1．定义重核分裂为几个中等质量原子核的过程。
2．裂变常见的方程235U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n92[特别提醒]同一重核发生裂变时，产生的中等核可能不同。
二、链式反应1．链式反应一个反应过程的产物能够再次引起这种反应，从而使反应一旦开始就能自动延续下去，这种反应过程就称为链式反应。
2．临界体积：能够发生链式反应的裂变物质的最小体积。
三、核电站1．核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，它主要由以下几部分组成：燃料、慢化剂、控制棒。
2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。
3．能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。
4．注重核污染的防护1．判断：(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。
()(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。
()(3)铀核裂变时会吸收大量的能量。
()(4)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。
()(5)核能发电对环境的污染比火力发电要小。
()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√2．思考：核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？提示：控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。
1.铀核的裂变和裂变方程(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状。
(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或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n②23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310n2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个即可。
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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t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。
4．铀的同位素中铀235最易发生链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同。
(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。
(2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小。
能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变。
因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235。
1．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，但核子数不会减少D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选C根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，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，因此其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量的。
发生链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于临界体积。
如果体积过小，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少的，因此选项A、B错误，C正确。
用中子轰击23592U和23994Pu(钚)等少数几种重元素才能发生裂变反应，D错误。
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：2．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．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子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．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关解析：选C要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故A、D错，C对，铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错。
[例1]我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于23592U的裂变，现有4种说法：①23592U原子核中有92个质子，有143个中子②23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：23592U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n③23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度，半衰期缩短④一个23592U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J以上说法中正确的是()A．①②③B．②③④C．①③④ D．①②④[解析]由235 92U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故正确选项为D。
[答案] D[例2]铀核(235 92U)裂变成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)。
已知235 92U、141 56Ba、9236Kr以及中子的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u。
(1)试写出铀核裂变反应方程，并计算1个235U核裂变时放出的核能；(2)我国秦山核电站的装机容量为3.0×105 kW，假如全部235U都能够发生这样的裂变，释放核能的1.2%可转化为电能，试由此估算电站1年要消耗多少23592U?[解析](1)根据裂变的生成物及核反应前后质量数守恒，由核电荷数守恒可确定产生中子的数目。
23592U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋310n，核反应中的质量亏损为Δm＝235.043 9 u－140.913 9 u－91.897 3 u－2×1.008 7 u＝0.2153 u根据质能方程可知每一个235U核裂变所释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J＝3.22×10－11 J。
(2)电站1年所产生的电能为E＝Pt，t＝365×24×360 0 s。
每摩尔235U全部裂变所释放的能量为N A·ΔE，N A为阿伏加德罗常数，而235U 的摩尔质量为M U＝0.235 kg/mol，所以m＝PtηN AΔE M U＝3×108×365×24×360 0×0.235 1.2%×3.22×10－11×6×1023kg＝9.6×103 kg。
[答案]见解析1．下列说法正确的是()A．α粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部B．氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C．裂变反应有质量亏损，质量数不守恒D．γ射线是一种波长很短的电磁波解析：选Dα粒子大角度散射现象说明原子中原子核很小，原子内部十分“空旷”，A错误；发生全反射的条件之一是光由光密介质向光疏介质中传播，故光从空气射入水中，不可能发生全反射，B错误；所有的核反应都遵循电荷数与质量数守恒，反应过程中，质量有亏损，C错误；γ射线是一种电磁波，且频率很高，波长很短，D正确。
2．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是() A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度解析：选C镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故C正确。
3．下列核反应中，表示核裂变的是()A.23892U→23490Th＋42HeB.146C→147N＋0－1eC.23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310nD.94Be＋42He→126C＋10n解析：选C核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变，其中衰变有α衰变、β衰变等。
23892U→23490Th＋42He是α衰变，146C→147N＋0－1e是β衰变，94Be＋42He→126C＋10n是人工转变，只有C选项是重核裂变。
4.235 92U吸收一个慢中子后，分裂成139 54Xe和9438Sr，同时还放出()A．一个α粒子B．一个氘核C．三个中子D．两个中子U＋10n→139 54Xe＋9438Sr＋310n，放出的粒子只解析：选C该裂变反应的方程为23592能是3个中子，故C正确。
5．现已建成的核电站发电的能量来自于()A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量解析：选C现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故C项正确。
6．关于铀核裂变，下述说法中正确的是()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235D．铀块的体积对产生链式反应无影响解析：选BC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，而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。
而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。
故上述选项B、C正确。
7．(广东高考)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是23592U ＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n。
下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响解析：选AC本题考查裂变反应的特点及条件、原子核半衰期的特点，意在考查考生对原子核不同变化形式的区别的掌握。
从铀核裂变方程可以看出，反应中伴随着中子放出，A项正确；铀块的体积必须大于临界体积才能发生链式反应，B项错误；通过控制中子数可以控制链式反应，C项正确；铀核的半衰期与物理、化学状态无关，因此不受环境影响，D项错误。