19.6核裂变
高中物理 19.6核裂变详解
高中物理| 19.6核裂变详解核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
研究表明原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系。
其核子的平均质量与原子序数有如图的关系：核子的平均质量是：原子核的质量/核子数。
01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。
把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（Xe)和锶(Sr),有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）或者锑（Sb）和铌（Nb），同时放出2～3个中子。
铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。
铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：铀核的裂变1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：释放出的能为:在这个反应中释放的能量可以计算如下：反应中释放的能量：△E= △mc2=141MeV.说明：如果1克铀全部裂变，它放出的能量就相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。
铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他U235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。
1链式反应用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应。
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
使裂变物资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。
2原子弹“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。
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铀核的裂变
发现 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子 轰击铀核时，铀核发生了裂变。
裂变产物：多种多样
+
++
Байду номын сангаас
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
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪， 同时放出三个中子，其核反应方程式：
求： （1）一个铀核裂变释放的能量 解 亏损质量：
释放能量：
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪， 同时放出三个中子，其核反应方程式：
求： （2）试计算1kg铀235全部裂变时所释放的能量？
解 1kg铀中含铀核数量为： N个铀核裂变放出能量为：
铀核的裂变
铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡 和氪，同时放出三个中子，其核反应方程式：
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链式反应的过程
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？ 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
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链式反应
定义：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。
根据链式反应的原理，似乎任何铀块只 要有中子进入，都能发生链式反应
但事实并非如此
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课时作业12：19.6 核裂变
6核裂变一、选择题考点一重核的裂变及裂变过程1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的总质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的总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解析一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的总中子数比裂变前重核的要少，两个核的总质子数与裂变前重核的质子数相等，选项A错误，选项B正确；裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，C项错误；重核裂变的产物是多种多样的，D项正确．2．1938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235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋10nB．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射线穿透能力极强答案DU＋10n→144 56Ba＋8936Kr 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：23592＋310n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，选项D正确．3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.10 5B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.14 7N＋42He→17 8O＋11HD.235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n4．在核反应式235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋k X中()A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是质子，k＝9 D．X是质子，k＝10答案B解析核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应式中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边总质子数为92＋0＝92，右边总质子数为38＋54＋x＝92，x＝0，X的质子数为0，所以X为中子，左边总质量数为235＋1＝236，右边总质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的数值为10.5．一个235 92U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235 92U＋10n→X＋9438 Sr＋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．考点二核电站6．原子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、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、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减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属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错误．7．(多选)为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的()A．铀块可制成任何体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂使产生的中子减速D．用镉棒作为控制棒，控制反应的剧烈程度，使反应平稳进行解析铀块小于临界体积将不会发生裂变反应，A错误；中子的速度不能太快，否则会与铀核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，B错误；镉棒吸收中子，控制反应剧烈程度，使反应平稳进行，D正确；通过慢化剂使中子减速，目的是使中子更容易被铀核俘获，发生链式反应，C正确．考点三核裂变释放核能的计算8．(多选)铀核裂变反应中的一个核反应方程为：235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n.已知235 92U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()A．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 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(3×108)2，总能量单位才是J，故C错．9．(多选)核电站的核能来源于235 92U核的裂变，下列说法中正确的是()A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.235 92U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如139 54Xe和9538Sr，反应方程式为235 92U ＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210nC.235 92U原子核中有92个质子、143个中子D．一个235 92U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，则释放的核能约201 MeV答案BCD解析反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B正确；92为U元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE＝Δm·c2＝0.215 5×931.5 MeV≈201 MeV，故D正确．10．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV的能量，则1 g纯235 92U完全发生核反应时放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)()A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV解析由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为1235，因此1 g纯235 92U完全发生核反应时释放的能量E＝N A235×196 MeV，故D正确．二、非选择题11．(裂变释放核能的计算)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(Zr)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？(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.核反应方程中用符号9040Zr表示．(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＝nΔE＝2.56×1024×197.5 MeV≈8.1×1013 J.12．(核裂变反应的综合应用)在可控核反应堆中需要使快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂．中子在重水中可与21H核碰撞减速，在石墨中与12 6C核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案用重水作减速剂减速效果更好解析设中子质量为M n，靶核质量为M，由动量守恒定律得M n v0＝M n v1＋M v212M n v02＝12M n v12＋12M v22解得v 1＝M n －M M n ＋M v 0在重水中靶核质量M H ＝2M n ，v 1H ＝M n －M H M n ＋M Hv 0＝－13v 0 在石墨中靶核质量M C ＝12M n ，v 1C ＝M n －M C M n ＋M Cv 0＝－1113v 0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．。
19.6核裂变
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。
2、铀核的裂变的两种典型反应
U 235
92
01n
15461Ba
92 36
Kr
01n
U 235
92
01n
3980Sr
136 54
Xe
01n
铀核裂变的产物特点 :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）
在其裂变过程中，如何计算释放的核能？
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小 于裂变前的总质量，质量亏损：
Δm 0.3578 1027 kg
释放出的能量为
ΔE Δmc 2 201MeV
3、什么是链式反应？发生链式反应的条件有哪些？
用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的 中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应．
发生链式反应的条件有哪些？
链式反应的条件： 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
二、裂变能的利用
1、利用核能发电 2、核武器
秦山核电站
核电站
大亚湾核电站
核电站的核心设施-----核反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 慢化剂
核电站：利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂。
什么是核反应?
在核物理学中，原子核在其他粒子的轰 击下产生新原子核的过程，称为核反应．
什么是原子核的结合能？
由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核子， 要克服核力做功，必须吸收一定的能量．反之，根据能 量守恒，核子结合成原子核时，也会放出同样多的能量。 这个能量叫做结合能
20-21版：19.6 核裂变（步步高）
6核裂变[学习目标] 1.知道什么是核裂变和链式反应，知道链式反应的条件.2.会利用质量亏损计算裂变产生的核能.3.了解核电站的工作原理，知道如何控制核反应的速度．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U＋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235921n→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(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．二、核电站1．核电站：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：石墨、重水和普通水(也叫轻水)．(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，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．2．工作原理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．3．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．1．判断下列说法的正误．(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应．(×)(2)铀块的质量大于或等于临界质量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)核裂变释放的大量核能是通过在反应堆内外循环流动的液体传输出去的．(√)2．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，氙136的质量为135.907 2 u，锶90的质量为89.907 7 u，则此核反应中释放的总能量是多少？(1 u相当于931.5 MeV的能量)答案140.4 MeV解析释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－135.907 2－89.907 7－10×1.008 7)×931.5 MeV≈140.4 MeV.一、核裂变及链式反应如图1为铀核裂变示意图．图1(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案(1)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．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．235U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n92(2)不是，铀块体积还须大于或等于临界体积．1．典型的裂变方程(1)235 92U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n(2)235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n2．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．3．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．4．裂变反应的能量大小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．命题角度1对裂变的理解例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，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，放出核能答案 D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或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错．命题角度2裂变产生核能的计算例2铀核裂变的许多核反应中的其中一个是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n.(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(235 92U、141 56Ba、9236Kr、10n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u,1 u相当于931.5 MeV)；(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107 J/kg)答案(1)200.6 MeV(2)5.14×1026MeV相当于完全燃烧2 797.3 t煤解析 (1)裂变反应的质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u ＝0.215 3 u. 一个铀235原子核裂变后释放的能量为 ΔE ＝0.215 3×931.5 MeV ≈200.6 MeV . (2)1 kg 铀235原子核中含原子核的个数为 N ＝103235×6.02×1023≈2.56×1024个，1 kg 铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔE N ＝N ·ΔE ＝2.56×1024×200.6 MeV ≈5.14×1026 MeV . 设完全燃烧的煤的质量为m ， 有ΔE N ＝qm ，所以m ＝ΔE N q ＝5.14×1026×106×1.6×10－192.94×107 kg ≈2 797.3 t二、核电站如图2所示为核反应堆示意图：图2(1)核反应堆中各部件的作用是什么？ (2)核电站发电有什么优点？答案 (1)镉棒：吸收中子，控制反应速度．慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水．作用是降低中子速度 铀棒：发生链式反应，产生能量．保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染． (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所能提供的能量大． ③对环境的污染要比火力发电小．1．核电站的主要部件及作用组成部分材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀提供核燃料减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水)使裂变产生的快中子减速控制棒镉棒吸收中子，控制反应速度热交换器水或液态的金属钠传输热量防护层金属套、钢筋混凝土防止射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害2.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．例3如图3是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法正确的是()图3A．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答案 B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，A错误，B正确；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．1．(核裂变及链式反应)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中的一种裂变反应为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．2．(对裂变反应的认识)(多选)(2019·武汉市调研)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是235U＋X→144 56Ba＋8936Kr＋310n，已知部分原子核的比结合能与质量92数的关系如图4所示，下列说法正确的是()图4A．核反应方程中，X粒子是中子B．核反应方程中，X粒子是质子C.235 92U、144 56Ba、8936Kr相比，144 56Ba的比结合能最大，它最稳定D.235 92U、144 56Ba、8936Kr相比，235 92U的核子数最多，它的结合能最大答案AD解析根据核反应质量数和电荷数守恒可得，X粒子为10n，是中子，A正确，B错误；从题图中可知三种核中8936Kr的比结合能最大，C错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则原子核的核子越多，它的结合能越高，D正确．3．(核电站与核反应堆)秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电，发电站的核能来源于235 92U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235 92U的体积来控制的B.235 92U的一种裂变可能是235 92U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210nC.235 92U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；核电对环境的污染比火电小，D错．4．(裂变核能的计算)一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV的能量，则1 g纯235 92U完全发生核反应时放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)()A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV 答案 D解析由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g 铀235的摩尔数为1235，因此，1 g纯23592U完全发生核反应时释放的能量E＝N A235×196 MeV，故D正确．。
19.6 核裂变课件1 新人教版选修3-5课件
答案
A
核电站的核心是核反应堆，对反应堆的原理和组成
借题发挥
应记牢是解好此类题目的核心．
分类例析
【变式 2】 秦山核电站第三期工程的两个 6×105 kW 发电机 组已实现并网发电. 发电站的核能来源于235 下列 92 U 的裂变， 说法正确的是 ( )． A．反应堆中核反应速度通常是采用调节235 92 U 的体积来控 制的 235 1 139 95 1 B.235 U 的一种可能的裂变是 U ＋ n → Xe ＋ Sr ＋ 2 92 92 0 54 38 0n. C.235 92 U 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
分类例析
Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.150 97 u. 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，由于平均质量减小，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
分类例析
6 核裂变
分类例析
1．知道重核裂变能放出能量，并能计算核能，知道链式反 应．
2．知道什么是核裂变．
3．了解铀核的裂变特点．
4．了解核电站的工作原理.
分类例析
一、核裂变 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． 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 + ．
分类例析
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．
物理选修3-5_19.6重核的裂变
二、核电站——核反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
核 反 应 堆
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 减速剂： 石墨、重水或普通水， 用于减小中子的速度
控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢。
§19.6 重核的裂变
产生核能的条件：
——有质量亏损，是产生核能的先决条件。
核子平 均质量
分裂
A
C O
B
原子序数
Fe
一、核裂变
1、定义：物理学中把重核分裂成两个或多个
较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变．
2、铀核的裂变
1）发现
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的 助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时， 铀核发生了裂变。 2）裂变产物（多种多样）
235 92
U+ n
1 0
144 56
Ba + Kr + 3 n89 源自61 0235 92
U+ n
1 0
136 54
Xe + Sr + 10 n
90 38
1 0
3）计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应：
235 92
U+ n
1 0
141 56
Ba + Kr + 3 n
mn = 1.6749 ×10 -27 kg
铀块的质量大于临界质量，或者铀块的 体积大于临界体积。
链式反应的应用——原子弹
链式反应的应用——原子弹
美国原子弹突袭广岛和长崎 造成了巨大的毁伤．在长崎 投掷的原子弹爆炸后形成的 蘑菇状云团，爆炸产生的气 流、烟尘直冲云天，高达12 英里多．广岛市区80%的建 筑化为灰烬，64000人丧生， 72000人受伤，伤亡总人数占 全市总人口的53%．长崎市 60%的建筑物被摧毁，伤亡 86000人，占全市37% ．
19.519.6核裂变核聚变
链式反应模拟演示1
链式反应模拟演示2
重核裂变演示
链式反应
• 裂变以前
释放的核能
• 裂变以后
U 235
92
235.0439u
1 O
n
1.0087u
236.0526u
141 56
B
a
92 36
Kr
301 n
140.9139u 91.8973u 3.0261u 235.8373u
反应过程中质量减少△m=0.2135u.反应 中释放的能量: △E= △m·c2=201兆电子 伏.
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
三、受控热核反应
热核反应：
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，在相互 碰撞中接近到可以发生聚变的程度。因此，这种反 应又叫做热核反应。
2 1
H42
He01n
17.6MeV
7 3
Li
11H
242
He
17.3MeV
上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。
4.受控热核反应：
如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形 式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加 以利用（例如发电），这称为受控热核反应。
5.聚变反应的应用: （1）太阳内部和许多恒星的内部， （2）氢弹的爆炸（通过原子弹爆炸时产生的 高温来达到 ） （3）可控热核反应:中国环流器一号
说明:在天然铀中，主要有两种同位素，其中 99.3%是铀238，0.7%是铀235。铀235俘获 各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量 低的中子发生裂变的几率较大。铀238只有俘获 能量大于1MeV的中子才可能发生裂变，并且 几率很小。因此，为了使裂变的链式反应容易 发生，最好是利用纯铀235。
19.6核裂变
核裂变（fission）1．重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
思考：是不是所有的核裂变都能放出核能？知识总结：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。
只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。
2、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。
思考：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？（2）链式反应：这种由重核裂变产生的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。
（3）临界体积（临界质量）：通常把裂变物质能够发生链式反应的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。
3、核电站阅读思考：核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用让学生阅读课本核电站部分内容，（1） 铀棒由浓缩铀制成，作为。
（2） 控制棒由镉做成，用来控制（3） 减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让 _________俘获。
（4） 冷却剂由等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
（5） 水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止。
思考：核能发电的优点、缺点？优点：缺点：【范例精析】例1、下列核反应中，表示核裂变的是（）A 、238234492902U Th He →+ B 、14140671C N e -→+ C 、2351141921920563603U n Ba Kr n +→++。
19.6重核的裂变 课件(人教版选修3-5)
1.核子是怎样分裂的? 提示: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,这会 造成核子间的距离增大, 由于核子间的距离增大,所以核力
C错；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量 对外释放，D对.
(1)重核发生裂变的条件是: ①要俘获慢中子;
②体积大于临界体积.
(2)重核裂变释放核能的原因是:重核核子的平均质量大于 中等核子的平均质量.
1.核电站的核心是核反应堆，铀核的链式反应可以在人工
控制下使核能安全“舒缓”的释放出来.试分析核裂变反应 堆的主要结构、主要组成部分和作用.
【解析】选C.239 Pu 和 94
239 92
U 的质量数相同，但质子数和中子
239 数都不相同，衰变方程为：92 U 2 0 e＋239 Pu， 1 94
即 239 U 经过2次β衰变而产生 239 Pu. 92
94
4.铀核裂变时，对于产生的链式反应的条件，下列说法中
正确的是( )
A.铀块的体积超过它的临界体积时，链式反应就一定能发
组,发电站的核能来源于 ① ②
235 92 235 92 235 92
U 的裂变,现有四种说法:
U 原子核中有92个质子,143个中子; U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应
1 1 方程式为 235 U 0 n 139 Xe 95 Sr 2 0 n; 92 54 38
高中物理3-5：19.6 重核的裂变 核聚变 粒子和宇宙 案
课时19. 6重核的裂变核聚变粒子和宇宙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.会计算重核裂变过程中释放出的能量。
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。
4. 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。
5。
知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制，将为人类提供广阔的能源前景.6。
了解构成物质的“基本粒子"及粒子物理的发展史，初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一.1。
核裂变(1）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为①。
（2）这种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，叫作核裂变的②链式反应。
(3)通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的③临界体积，相应的质量叫作④临界质量。
2。
核电站（1）核燃料——⑤铀棒，由浓缩铀制成。
（2)控制棒—-由镉做成，用来控制⑥反应速度.（3）减速剂由石墨、重水或普通水(有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成⑦慢中子，以便让U235俘获。
（4)冷却剂：用水或液态钠等流体将反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。
（5）水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
3。
核聚变两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫作⑧聚变。
聚变的条件：要加热到几百万摄氏度的高温。
4. 受控热核反应聚变与裂变相比有很多优点：轻核聚变产能效率高;地球上聚变燃料的⑨储量丰富；轻核聚变反应更为⑩安全、清洁.5. 粒子和宇宙（1)“基本粒子”不基本：科学家发现数以百计的新粒子,它们不是由中子、质子、电子组成，还发现中子、质子本身有复杂的结构.(2）发现新粒子:按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类，强子、轻子和媒介子.（3）夸克模型:1964年提出的夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
19.6 核裂变
Δ m 0.3578 10
27
释放出的能量为
kg
Δ E Δ mc 2 201MeV
反应中释放的能量： △E= △mc2=201MeV 说明：如果1千克铀235全部裂变，它放出的能量 就相当于2800吨标准煤完全燃烧时放出的化学能。
铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些 中子再引起其他235U核裂变，就可使裂变反应不断地 进行下去。这种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。
反思
1.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 解析:铀 235 易于吸收慢中子,容易形成链式反应。 2.在下列核反应中,属于核裂变链式反应的是( ) 答案 10 :D1 A. B+ n→7 Li+4 He
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。把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反应叫做聚变。 〓 聚变
〓
裂变
1947年，钱三强和何泽慧夫妇宣布了他们发现铀 核的三分裂和四分裂。这立即在科学界和社会公众 引起了重视。法国科学院将亨利•德巴维奖颁发给了 钱三强。不久，西方各国报刊相继刊登了钱氏夫妇 的重要发现。他们称钱三强和何泽慧为“中国的居 里夫妇”。
铀核的裂变
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发 现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产 物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪，同时 放出三个中子，其核反应方程是：
235 92
1 144 + → U 0 n 56 Ba ，在上述裂变中，裂变后的总 质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
高中物理 19.6 核裂变 新人教版选修3-5
(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.一般说来，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标准煤燃烧时释放 的能量，裂变时能产生几万度的高温.
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3.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.
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3.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗 浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优 质煤. (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大. (3)对环境的污染要比火力发电小.
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(1)核电站不排放二氧化碳，氮氧化合物等造成温室 效应或酸雨的气体和烟尘，有利于环境保护. (2)为防止放射性物质的泄漏，核电站一般有4道安全屏障， 大大提高了核能利用的安全性.
【解题指导】解答此题应把握以下三点：
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【标准解答】核反应方程为
23592U+10n
13954Xe+9438Sr+310n
该反应的质量亏损为
Δm=(mU+mn)-(mXe+mSr+3mn)= (235.043 94+1.008 665) u-(138.918 44+93.915
57+3×
1.008 665) u=0.192 6 u,
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2.反应堆工作原理：(1)在核电站中，核反应堆是热源，如图 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)为慢化剂，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.
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减速剂
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。
核能的和平利用――核电站
思考：在电站工作过程中，能是如何转化的？ 核能→内能→机械能→电能
课堂小结
1、核裂变 2、核裂变的链式反应 3、核电站
请同学们完成可以课后问题 与练习并预习核聚变
链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
二、核电站：是利用可控链式反应释放出能量发电。核 心设备是核反应堆。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。
水泥防护层
控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒
燃料：铀棒 控制棒：镉吸收中子。
反应堆示意图
6 核裂变
一、核裂变：重原子核受到中子的轰击分裂 成两个或两个以上中等质量原子核的现象
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯 曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂 变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和 氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
235 92
U+
1 0
n
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优 质煤完全燃烧时释放的能量。
=
裂变的特点：
1、裂变过程中能放出巨大的能量（200MeV） 2、裂变的同时能放出2到3个（或更多）中子 3、裂变的产物不是唯一的
核裂变的链式反应
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。
问题：重核的裂变能够自发的进行吗？
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大， 如果铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰 不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续， 只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的 概率打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能 够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体 积。相应的质量叫做临界质量。
→15461பைடு நூலகம்Ba
+
92 36
Kr
+3
1 0
n
重核裂变演示：
放出能量：
235 92
U+
1 0
n
→15461 Ba
+
92 36
Kr
+3
1 0
n
在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总
质量，质量亏损：
Δ m 0 .35 17 2 0 k 7 8g
释放出的能量为： Δ E Δ m 2 c 2M 00eV