高2021届高2018级版步步高3-5高中物理课件第三章 5
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解析 答案
重点探究
一、核裂变及链式反应
[导学探究] 如图1为铀核裂变示意图.
图1 (1)什么是裂变？写出上述铀核裂变的核反应方程. 答案 重核分裂成几个中等质量原子核的现象称为核裂变.上面这个过程
可以用下面的方程式来表示23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋310n
答案
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
1234
解析 答案
(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23952U? 答案 9.6×103 kg
1234
解析 答案
本课结束
解析 答案
三、核电站
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
项目
石墨、重水或普
采用的材料
镉
通水(也叫轻水)
降低中子速度,便 吸收中子,控 作用
于铀235吸收 制反应速度
热循环介质
保护层
水或液态的金 很厚的水泥外壳
属钠 把反应堆内的 屏蔽射线,防止放 热量传输出去 射性污染
答案
[知识深化] 1.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. 2.计算释放的核能: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;当质量单位为“kg”时,直接乘以(3.0×108)2, 总能量单位为焦耳.
解析 答案
二、重核裂变释放的核能的计算
[导学探究] 下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程: 23952U＋10n→13564Xe ＋9308Sr＋1010n. 已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90 的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中质量亏损是 多少？释放的总能量是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量) 答案 质量亏损是反应前的总质量减去反应后的总质量: Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u 释放的总能量为ΔE＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.
A.X为中子,a＝2
√B.X为中子,a＝3
C.X为质子,a＝2
D.X为质子,a＝3
解析 根据核电荷数守恒可知,X的电荷数为0,X必为中子 ,由10n质量数守恒 可知a＝3,选项B正确.
1234
解析 答案
4.(裂变释放核能的计算)铀核(23952U)裂变成钡(14516Ba)和氪(9326Kr).已知23952U、 14516Ba、9326Kr 以及中子的质量分别是 235.043 9u、140.913 9 u、91.897 3 u 和 1.008 7 u.(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量) (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； 答案 23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n 200.6 MeV
A.使快中子变成慢中子
B.使慢中子变成快中子
C.使反应速度加快
√D.控制反应速度,调节反应速度的快慢
图3
解析 在核反应堆中石墨使快中子变为慢中子,镉棒吸收中子,控制反应速
度,调节反应速度的快慢.
1234
解析 答案
3.(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中,有一种反应方程为
23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋aX，其中X为某种粒子,a为X的个数,则
2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少. (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大. (3)对环境的污染要比火力发电小.
例3 如图2所示是慢中子反应堆的示意图,
对该反应堆的下列说法中正确的是
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
√B.快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变
二、核电站
1.核反应堆:利用核能发电的核心设施是 核反应堆 .它主要由以下几部分
组成:Biblioteka Baidu
(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
来控控制制链棒式反应的速度.
2.工作原理:核燃料 裂变释放的能量,使反应区温度升高.
答案 铀块体积应大于或等于临界体积、要有足够数量的慢中子才能发 生链式反应.
答案
[知识深化] 1.常见的裂变方程 (1)23952U＋10n―→13594Xe＋9358Sr＋210n
(2)23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n 2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积.体积超过临界体积时,保证中子能够碰到 铀核. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子. 3.铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应. 4.核裂变时发生质量亏损,放出能量.
1.核裂变 重核被中子 轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核,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
23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋ 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 其他重裂核变,且 能不断继续下去,这种反应称为链式反应. 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于等于 临界体积 . (2)有足够数量的 慢 中子.
例2 用中子轰击铀核(23952U),其中的一个可能反应是分裂成钡( )1和4516B氪a ( ) 两9326部Kr分,放出3个中子.它们的质量如下: mU＝390.313 9×10－27 kg,mn＝1.674 9×10－27 kg; mBa＝234.001 6×10－27 kg,mKr＝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＋23952U―→14516Ba＋9326Kr＋310n 3.220 2×10－11 J
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 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,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.
第三章 原子核
5 核裂变
[学习目标]
1.知道什么是核裂变. 2.知道链式反应及链式反应的条件,并能计算裂变释放的核能. 3.了解裂变反应堆的工作原理,知道如何控制核反应的速度以及如何防止 核污染.
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
自主预习
一、核裂变
成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
图2
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
解析 答案
达标检测
1.(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂
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
[即学即用] 1.判断下列说法的正误. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.( × ) (2)铀块的体积大于或等于临界体积时链式反应才能不停地进行下去.
( √) (3)中子的速度越快,越容易发生铀核裂变.( ×) (4)铀核裂变的产物是钡和氪,且固定不变.( ×) (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.( √ ) (6)核反应堆用过的核废料无毒无害.( × )
答案
2.当23952U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可 表示为：23952U＋10n→13594Xe＋9348Sr＋310n. 已知23952U 的原子质量为 235.043 9 u，10n 的原子质量为 1.008 7 u，13594Xe 的原 子质量为 138.917 8 u，9348Sr 的原子质量为 93.915 4 u，且 1 u 的质量对应的 能量为 9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是__1_.8_×__1_0_2__MeV. 解析 ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7) ×9.3×102 MeV≈1.8×102 MeV.
变反应为23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋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
1234
解析 答案
2.(核反应堆的认识)如图3所示,
镉棒在核反应中的作用是
重点探究
一、核裂变及链式反应
[导学探究] 如图1为铀核裂变示意图.
图1 (1)什么是裂变？写出上述铀核裂变的核反应方程. 答案 重核分裂成几个中等质量原子核的现象称为核裂变.上面这个过程
可以用下面的方程式来表示23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋310n
答案
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
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(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23952U? 答案 9.6×103 kg
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解析 答案
本课结束
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三、核电站
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
项目
石墨、重水或普
采用的材料
镉
通水(也叫轻水)
降低中子速度,便 吸收中子,控 作用
于铀235吸收 制反应速度
热循环介质
保护层
水或液态的金 很厚的水泥外壳
属钠 把反应堆内的 屏蔽射线,防止放 热量传输出去 射性污染
答案
[知识深化] 1.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. 2.计算释放的核能: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;当质量单位为“kg”时,直接乘以(3.0×108)2, 总能量单位为焦耳.
解析 答案
二、重核裂变释放的核能的计算
[导学探究] 下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程: 23952U＋10n→13564Xe ＋9308Sr＋1010n. 已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90 的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中质量亏损是 多少？释放的总能量是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量) 答案 质量亏损是反应前的总质量减去反应后的总质量: Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u 释放的总能量为ΔE＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.
A.X为中子,a＝2
√B.X为中子,a＝3
C.X为质子,a＝2
D.X为质子,a＝3
解析 根据核电荷数守恒可知,X的电荷数为0,X必为中子 ,由10n质量数守恒 可知a＝3,选项B正确.
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解析 答案
4.(裂变释放核能的计算)铀核(23952U)裂变成钡(14516Ba)和氪(9326Kr).已知23952U、 14516Ba、9326Kr 以及中子的质量分别是 235.043 9u、140.913 9 u、91.897 3 u 和 1.008 7 u.(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量) (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； 答案 23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n 200.6 MeV
A.使快中子变成慢中子
B.使慢中子变成快中子
C.使反应速度加快
√D.控制反应速度,调节反应速度的快慢
图3
解析 在核反应堆中石墨使快中子变为慢中子,镉棒吸收中子,控制反应速
度,调节反应速度的快慢.
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解析 答案
3.(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中,有一种反应方程为
23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋aX，其中X为某种粒子,a为X的个数,则
2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少. (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大. (3)对环境的污染要比火力发电小.
例3 如图2所示是慢中子反应堆的示意图,
对该反应堆的下列说法中正确的是
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
√B.快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变
二、核电站
1.核反应堆:利用核能发电的核心设施是 核反应堆 .它主要由以下几部分
组成:Biblioteka Baidu
(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
来控控制制链棒式反应的速度.
2.工作原理:核燃料 裂变释放的能量,使反应区温度升高.
答案 铀块体积应大于或等于临界体积、要有足够数量的慢中子才能发 生链式反应.
答案
[知识深化] 1.常见的裂变方程 (1)23952U＋10n―→13594Xe＋9358Sr＋210n
(2)23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n 2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积.体积超过临界体积时,保证中子能够碰到 铀核. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子. 3.铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应. 4.核裂变时发生质量亏损,放出能量.
1.核裂变 重核被中子 轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核,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
23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋ 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 其他重裂核变,且 能不断继续下去,这种反应称为链式反应. 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于等于 临界体积 . (2)有足够数量的 慢 中子.
例2 用中子轰击铀核(23952U),其中的一个可能反应是分裂成钡( )1和4516B氪a ( ) 两9326部Kr分,放出3个中子.它们的质量如下: mU＝390.313 9×10－27 kg,mn＝1.674 9×10－27 kg; mBa＝234.001 6×10－27 kg,mKr＝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＋23952U―→14516Ba＋9326Kr＋310n 3.220 2×10－11 J
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 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,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.
第三章 原子核
5 核裂变
[学习目标]
1.知道什么是核裂变. 2.知道链式反应及链式反应的条件,并能计算裂变释放的核能. 3.了解裂变反应堆的工作原理,知道如何控制核反应的速度以及如何防止 核污染.
内容索引
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预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
自主预习
一、核裂变
成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
图2
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
解析 答案
达标检测
1.(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂
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
[即学即用] 1.判断下列说法的正误. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.( × ) (2)铀块的体积大于或等于临界体积时链式反应才能不停地进行下去.
( √) (3)中子的速度越快,越容易发生铀核裂变.( ×) (4)铀核裂变的产物是钡和氪,且固定不变.( ×) (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.( √ ) (6)核反应堆用过的核废料无毒无害.( × )
答案
2.当23952U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可 表示为：23952U＋10n→13594Xe＋9348Sr＋310n. 已知23952U 的原子质量为 235.043 9 u，10n 的原子质量为 1.008 7 u，13594Xe 的原 子质量为 138.917 8 u，9348Sr 的原子质量为 93.915 4 u，且 1 u 的质量对应的 能量为 9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是__1_.8_×__1_0_2__MeV. 解析 ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7) ×9.3×102 MeV≈1.8×102 MeV.
变反应为23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋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
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解析 答案
2.(核反应堆的认识)如图3所示,
镉棒在核反应中的作用是