高中物理核能核能的利用与环境保护裂变与链式反应素材鲁科选修
高中物理 第4章 核能 第4节 核能的利用与环境保护 核爆炸的和平利用素材 鲁科版选修35
核爆炸的和平利用强烈的核爆炸被超级大国作为进行核讹诈政策服务，因而“核爆炸”一词听起来似乎令人生畏。
但是，核爆炸也完全可以为和平建设服务。
原子爆炸可以使大规模的治山治水的工程得以加速进行，据计算，一公斤核燃料爆炸，就可以搬走相当于二十五万人工一天劳动开挖的土方。
美国早在多年以前就计划过“犁头”规划，准备爆炸几颗核弹头来改造自然。
核爆炸形成的巨大土方，可以形成很大堆积，几分钟时间能在一条大的河流上形成一个土方大坝来改变河流方向。
譬如说，在我国西北地区有不少浩瀚无边的大沙漠，就因终年缺水成为不毛之地，如新疆塔里木盆地，有图9-8 核爆炸的和平利用一块面积接近江、浙两省面积的大沙漠，叫塔克拉玛干大沙漠，一条很大的塔里木河就绕着它白白流去。
如果能用核爆炸在塔里木河中段筑起大坝，迫使河流改道流入大沙漠中部。
同时再纵横交错开出二条大运河，把塔里木盆地北部的塔里木河，与南部的克里雅河相沟通，那么赤地千里的沙漠将变成无垠的绿洲。
我们还可以按自己的意志，在需要蓄水的地区，用核爆炸开挖出一系列直径从几百公尺到几千公尺大小不等的人工湖泊，把祖国的西北大地点缀起来。
这样，西北地区的气候将发生很大变化，也许会变得温暖宜人，风调雨顺，遍地郁郁葱葱。
正如毛主席在一九三五年长征路过昆仑山时写下的《念奴娇·昆仑》那样：“而今我谓昆仑：不要这高，不要这多雪。
安得倚天抽宝剑，把汝裁为三截？一截遗欧，一截赠美，一截还东国。
太平世界，环球同此凉热”。
我国的西南有世界上最高的青藏高原，横亘着连绵不断的高山峻岭，将来也可以考虑用核爆炸在沉睡千年的深山里，炸开一个个通道，更紧密地把西藏和祖国东部地区联系在一起。
核爆炸更可以应用在石油的开采和大型铁矿、煤矿露天开采的剥离土方工作上。
有些油田地质比较特殊，岩层过于紧密，含油层处于较深的地层下，开采比较困难，如果采用适当的地下核爆炸，压碎岩层结构，增加岩层的空隙度，就可以使深部高压的含油层、含气层，逐步通过岩层缝隙跑到上部，这样只要钻探一些浅井即可采油。
鲁科版高中物理选修3-5课件 核能的利用与环境保护课件1
课 时 作 业
课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为 广阔．热核反应所需的氘更是储量丰富．核原料的运输和储 存方便，如：一座 100 万千瓦核电站一年所需原料铀，只需
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
6 辆卡车就可全部运到现场． 核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或 酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护．
氢弹 是众所周知的两种核武器． 原子弹 和______ (2)核武器： _______课 前 自Βιβλιοθήκη 主 导 学(3)核能的优势
低 ①核能发电比燃煤发电的成本_______ ． 小得多 ． ②核电站对环境污染比燃煤发电__________
菜 单
课 时 作 业
LK·物理 选修 3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
电．(×)
课 时 作 业
菜
单
LK·物理 选修 3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
3．探究交流 原子弹和氢弹的原理有何不同？
【提示】 (1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆
教 学 方 案 设 计
炸性链式反应装置． (2)氢弹是一种靠惯性约束、 不需人工控制而实现聚变的
课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
人类和平建设服务． (2)优点 ①核能发电比燃煤发电的成本低，一座百万千瓦级的核
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
电站，一年只消耗浓缩铀 30 t 左右，而同样功率的燃煤发电 站每年要消耗 250 万吨优质煤． ②核电站对环境的污染要比燃煤发电小得多．
高中物理第5章原子核与核能4_5核裂变和核聚变核能的利用与环境保护课件鲁科版选择性必修3
必备知识·素养奠基
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 92
U+
1 0
n
141 56
关键能力·素养形成
一 铀核裂变及链式反应 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。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相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,而且释放 的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
【典例示范】
裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核
U 235 92
为燃料的反应堆中235 92
U
俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种方式可表示为:
反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量(以原子质量单位u为单
位),已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV,求:
【思考•讨论】
情境:如图所示为
U 235 92
裂变的示意图。
讨论:(1)
U 235 92
裂变的产物都是一样的吗?
提示:不一样。有时裂变为氙和锶,有时裂变为钡和氪,有时裂变为锑和铌。
(2)发生链式反应时,为什么铀块的体积要大于临界体积? 提示:如果铀块体积不够大,生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就 跑到铀块外面了,所以发生链式反应时铀块的体积必须大于临界体积。
高中物理 第4章 第3节 核聚变 第四节 核能的利用与环境保护精品课件 鲁科选修35
获得．
二、可控热核聚变反应 1．要使核子发生聚变，必须使核子接近________________的范围．两个氘核发生聚变，它们的距离达到_________米以内，核力才能起作用． 2．轻核聚变温度到达______K，在这样的高温下，原子完全电离形成___________，才能实现聚变． 3．为了实现核聚变，目前靠三种方法对等离子体进行约束，一是靠_______，二是用________，三是靠________
2．聚变比裂变反应放出更多能量的原因
特别提醒：轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚变反应放出更大的能量．由于发生聚变的温度极高，聚变又叫热核反应．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．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．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C．聚变反应中粒子的平均结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加Fra bibliotek类型二
聚变核能的计算
例2
阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源． (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？ (mp＝1.0073 u，mHe＝4.0026 u，me＝0.00055 u)
答案：17.6 MeV
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。*** 10、雨中黄叶树，灯下白头人。。**** 11、以我独沈久，愧君相见频。。***** 12、故人江海别，几度隔山川。。**** 13、乍见翻疑梦，相悲各问年。。***** 14、他乡生白发，旧国见青山。。**** 15、比不了得就不比，得不到的就不要。。。***** 16、行动出成果，工作出财富。。*** 17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。**** 9、没有失败，只有暂时停止成功！。*** 10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。**** 11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。***** 12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。**** 13、不知香积寺，数里入云峰。。***** 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。**** 15、楚塞三湘接，荆门九派通。。。***** 16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。。*** 17、空山新雨后，天气晚来秋。。**** 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。。*** 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。**** 11、越是没有本领的就越加自命不凡。***** 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。**** 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。***** 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。**** 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。***** 16、业余生活要有意义，不要越轨。*** 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。****
高中物理第4章核能第4节核能的利用与环境保护原子能在交通上的应用素材鲁科版选修3_5
原子能在交通上的应用《西游记》中描写的孙悟空，打一个斤斗就有十万八千里，这种腾云驾雾的飞天技术，是我们祖先伟大的幻想！近年来，随着科学技术的发展，飞机的速度都在加快，但如果要从我们祖国的首都北京飞往欧洲或非洲，还是要消耗一百多吨汽油，中途不得不几次停航加油。
这样，速度如果再提高，受到的限制就很大，其中燃料携带将占去这些交通工具本身很大的有效载荷，这是一个较难克服的限制。
原子能技术将会在交通事业上发挥它的特有作用，由于原子燃料的能量非常集中，很小的一块铀235，就会放出巨大的能量。
所以，很少重量的核燃料，就可以实现长距离的航行和运行。
而且由于燃料轻，占的体积小，这就大大提高了有效的载荷。
利用核燃料做为动力能源的原子发动机的原理，简单地说，它不过是一个小型的、结构相当紧凑的原子核电站，或者是某种特别结构的核反应堆。
原子能在交通事业上将会出现创新的局面，它在客观上等于缩短世界各国的彼此距离。
（一）航海汽核潜艇我们对它早就不陌生。
美苏两霸为了相互争夺，曾拚命建造核潜艇，到目前为止，已达二、三百艘。
一般常规的潜水艇是靠柴油内燃机推进，柴油必需在缸里与氧气充图9-2 核潜艇分燃烧才行。
所以潜艇必须在海面上运行，让柴油内燃机发动，带动发电机发电，给蓄电池充电，以便当潜艇潜入海底后，靠蓄电池放电作动力推进。
而用核反应堆作动力，可以在没有氧气的海底正常运行，所以，核潜艇原则上可以长期地在一定深度海底航行而不必浮于海面，这样它就比较便于隐蔽，可以进行突然袭击。
除了核潜艇之外，大型的新式航空母舰也有许多是靠核能作动力（见图9梍3）。
它的好处也相当显著，它可以长期在海洋游弋而不需靠岸补充燃料。
1957年下水的一艘原子破冰船，发动机的功率是四万四千马力，排水量一万六千吨。
它装一次核燃料可以足足在北冰洋破冰运行一年。
近一时期国际上还克服种种技术上的困难，建造了好几艘几万吨级的大型商船，它仅需携带很少核燃料就可以在海上航行几个月。
鲁科版高二选修3-5课件：第4章_第3节、第4节_核能的利用与环境保护
【解析】
3 1
H＋
2 1
H―→
4 2
He＋
1 0
n是轻核聚变反应，A正确，B错误；
235 92
U＋
1 0
n―→
144 56
Ba＋
89 36
Kr＋3
1 0
n和
235 92
U＋
1 0
n―→
140 54
Xe＋
94 38
Sr＋2
1 0
n均为重核裂变反应，C正
确，D错误；
1 0
n＋
6 3
Li―→
4 2
He＋
【解析】 聚变是轻核聚合成次轻核，裂变是重核分裂成中等质量的核，二 者无直接关系，故A错．聚变和裂变在能量流向上也无直接关系，故B错．核聚变 反应是热核反应，需数百万度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远大 于所吸收的能量，因此聚变反应还是释放能量的，故C、D正确，现在已经能实现 裂变反应速度的人工控制，但除氢弹外，还不能实现轻核聚变的人工控制，E正 确．
Байду номын сангаас
知识脉络
轻核聚变与可控热核聚变反应
[先填空] 1．轻核聚变 采用轻核 聚合成较重核引起结合能变化的方式可获得核能．这样的核反应称 为轻核聚变． 2．太阳内部核聚变的反应方程 21H＋31H→ 42He＋10n .
3．核子聚变的条件 要使核子发生聚变，必须使核子接近 核力能发生作用的范围． 4．物质第四态——等离子态 高温等离子体的密度及维持时间达到一定值时才能实现聚变． 5．约束等离子体的三种方式 引力约束、 磁约束 、惯性约束．
[核心点击] 1．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斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，有一 种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增 加，因此聚变反应是一个放能反应．
高中物理核能核能的利用与环境保护裂变与链式反应素材鲁科选修
裂变与链式反应谈论能源命题都可以由二十世纪最杰出的科学家爱因斯坦的著名方程式E＝mc2谈起。
这个简明方程揭示，自然界最重要的规律就是任何物质的一定质量是和它具有的一定能量相联系。
质量和能量是反映物质属性的两个物理量，质量与能量不是各自不相干的而是相互紧密联系着的，或者说一定的质量是和一定的能量相当。
这里c是代表光速，其数值约等于每秒 300，000公里，E是静止物体所含的能量， m是它的质量，图8-1 爱因斯坦质量m所具有的能量等于这质量乘以光速的平方。
这就是说，普通一个具有一定质量的物体，它都具有非常大的能量，譬如说任何具有一克质量的物体它都具有很大数量的能量，它大约相当具有2500万度的电能。
但是为什么我们通常看不到普通的物质放出这样巨大的能量呢？这是因为在通常的物理、化学、生物的变化中，甚至在极其剧烈的变化中如木材、煤、汽油的燃烧时，它们质量几乎没有发生任何变化，不过它们大都从固态变成气态，如变成二氧化碳跑到空气中去，当然在燃烧这些燃料时我们可以得到不少能量。
根据质能相当原理，那末被燃烧的物体必定亏损掉一点质量，通过计算表明，燃烧一吨煤，如果我们能够把生成的二氧化碳质量和燃烧前的煤加上燃烧时消耗空气中氧的质量作比较，则可以发现燃烧过程将会失去0.000028克的质量。
对这种现象的解释，爱因斯坦曾作过一个生动的比喻：“只要没有向外放出能量，能量就观察不到。
这好比一个非常有钱的人，如果他从来不花费也不给别人一分钱，那末就没有谁能说出他有多少财产。
”所以说，要发生非常大的能量变化，只能在质量发生比较大变化的情况下才能产生。
那末发生质量稍微大点的变化情况应在那里去找呢？前面煤的燃烧表明普通的化学反应过程质量的变化是微乎其微，这是因为化学反应只牵涉到某些原子中的电子轨道变化，它们的总质量几乎不会发生什么可觉察的变化，但它们这些无足轻重的变化，客观上已经提供了不少的能量。
对一个原子来说，它百分之九十九点九的质量是集中在原子核当中，显而易见，只能在原子核发生变化时才能提供大的质量变化。
高二物理鲁科版选修3-5课件：4.3-4.4 核聚变 核能的利用与环境保护
N 个铀核裂变放出能量为 E 总=5.64×1023×200MeV=1.13×1026MeV 转化成电能为 E 有=E 总×25%=2.83×1025MeV=2.83×1025×106×1.6×10-19J=4.53×1012J 一昼夜时间为 t=24×3600s=86400s 所以电功率 P=
触类旁通在例题 1(3)中,与每个核子放出的能量对应的质
量亏损为多少? 解析:由 ΔE=Δmc2 知 Δm≈0.002 23 u。 答案:0.002 23 u
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第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护
探究一 探究二
首 页
J 基础知识 Z 重点难点
ICHU ZHISHI
HONGDIAN NANDIAN
UITANG LIANXI
【例题 1】一个质子和两个中子聚变为一个氘核,已知质子质量 mH=1.0073u,中子质量 mn=1.0087u,氘核质量 m=3.0180u。 (1)写出聚变方程。 (2)求释放出的核能是多大? (3)求平均每个核子释放的能量是多大? 点拨:利用质能方程求解。
3 解析:(1)聚变方程为 1 H+21 0 n→1 H。 1
4 3 从海水中提取,天然的氚不存在,但可通过该反应 0 n+6 3 Li→2 He+1 H 得到。 1 1 3 4 H+1 H→2 He+ 0 n。 同时释放 1 2
17.51MeV 的
能量,平均每个核子释放 3.5MeV 的能量,比裂变中平均每个核子释放的能
-3-
第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护
S 随堂练习
UITANG LIANXI
高中物理 第4章 核能 第4节 核能的利用与环境保护知识导航素材 鲁科版
第4节 核能的利用与环境保护思维激活核反应中的反应能是怎样的？提示：在核反应过程中，体系的总质量和总能量保持不变，但是，静止质量和总动能是变化的，我们把反应后的总动能与反应前的总动能之差称为反应能，它是反应过程中放出或吸收的净能量.反应能等于反应后系统的静止质量之差对应的能量，若反应后系统的静止质量比反应前减少了，则其总动能比反应前一定增加了，故为放能反应；反之为吸能反应. 自主整理1.目前核电站的反应堆以_________为燃料，发电成本低于煤电.2.原子弹是一种没有减速剂、不加控制的_________装置.一种装置称为_________装置；另一种方法称为_________.3.氢弹是一种靠_________不需人工控制而实现聚变的反应装置.在弹体内装有热核材料_________、_________以及_________.当普通炸药爆炸时，铀块或钚块迅速合为一体，使其体积超过_________而发生原子弹爆炸.爆炸的高温高压使氘、氚等轻核发生_________，产生很高的能量直至再次发生更大规模的爆炸.高手笔记原子弹 原子弹就是设法使铀235的体积超过它的临界体积，只要有中子进入铀块，就会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内，释放出大量的核能，发生猛烈爆炸.氢弹 氢弹则是利用原子弹爆炸产生的热核反应提供所需温度，使氘和氘发生聚变，从而引起新的爆炸.中子弹 中子弹是以氘和氘进行热核反应为主要能量来源，以爆炸中产生大量的高能中子作为主要杀伤因素的一种小当量战术核武器.中子弹实际上是一种经过改进的加强辐射的小型氢弹，与氢弹不同的是它要求裂变初级的裂变当量不能大(一般为几百到上千吨TNT 当量). 自1945年世界上成功地进行了第一次核试验以来，由于核武器具有巨大的威力，得到了各国政府的高度重视，在国际政治、军事、外交等各方面起着极其重要的作用. 名师解惑1.氢弹爆炸的原理剖析：氢弹是利用轻核聚变制成的爆炸武器，其构造如图4-4-1所示.聚变材料是氘和氚,产生聚变反应的高温条件是原子弹的爆炸提供的.当引爆装置引起普通炸药爆炸时，将铀块迅速合拢产生原子弹爆炸，由此产生的高温使氘和氚迅速、剧烈地进行生成氦的热核反应，引起氢弹的爆炸.氢弹的炸药氘和氚没有临界体积的限制，可以做得很大.但氚是不稳定的核素，其半衰期为12.5年，所以不能久存.氢弹常用氘化锂和氚化锂作原料，在原子炸药爆炸时产生的大量中子轰击锂核可以产生氚，以补充氚的供应.氢弹爆炸时完成以下反应：图4-4-1n 1+Li 63→H 31+He 42+4.8 MeV H 31+H 12→52He→He 42+n 10+17.6 MeV2.太阳能剖析：太阳每时每刻都在向太空辐射着巨大的能量，其辐射功率大约是1026 J·s -1.这些能量来自太阳上持续进行的热核反应.目前，人们认为太阳上主要存在着两种聚变过程：一种是所谓的碳—氮循环，其具体反应过程如下：C 126+H 11→N 137+γ N 137→C 136+β++ν C 136+H 11→N 147+γ N 147+H 11→O 158+γ O 158→N 157+β++ν N 157+H 11→C 126+He 42总的循环结果是把四个质子聚合成了一个He 42，同时放出了两个β+粒子、两个中微子和大约26 MeV 的能量.在这个循环中碳和氮数量不变，只起媒介作用.另一种是氢—氢链式反应，具体反应如下：H 11+H 11→H 12+β++ν H 12+H 11→He 32+γ He 32+He 32→He 42+H 112这些反应总的结果与上面碳—氮循环反应相同.根据目前的数据，氢—氢链式反应在太阳中是主要的反应过程，产生的能量约占总能量的96%.讲练互动【例题】核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站.一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子.若已知氘原子的质量为2.014 1 u ，氚原子的质量为3.016 0 u ，氦原子的质量为4.002 6 u ，中子的质量为1.008 7 u ，1 u=1.66×10-27 kg.(1)写出氘和氚聚合的反应方程.(2)试计算这个核反应释放出来的能量.(3)若建一座功率为3.0×105 kW 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？(一年按3.2×107 s 计算，光速c=3.00×108 m/s ，结果取两位有效数字)解析：(1)H 12+H 31→He 42+n 10.(2)ΔE=Δmc 2=(2.014 1+3.016 0-4.002 6-1.008 7)×1.66×10-27×32×1016J=2.8×10-12 J. (3)M=EPt 2×2.014 1×1.66×10-27 kg=122778108.21066.10141.2102.31032--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯kg=23 kg. 答案：(1)H 12+H 31→He 42+n 10(2)2.8×10-12 J (3)23 kg变式训练海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应如下：H 12+H 12→He 32+n 10，其中氘核质量为2.013 6 u ，氦核质量为3.015 0 u ，中子质量为1.008 7u.求：(1)核反应中释放的核能.(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能.解析：(1)由ΔE=Δmc 2得：释放的核能ΔE=(2×2.013 6-3.015 0-1.008 7) u×931.5 MeV/u=3.26 MeV.(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量恒为零，即0=m He v He +m n v n ① 又因为反应前后总能量守恒，即21m He v He 2+21m n v n 2=ΔE+2E k0② 因为m He ∶m n =3∶1，所以氦核和中子的速率之比为：31=n He v v 把这两个关系代入②式得：ΔE+2E k0=4×21m He v He 2=4E kHe 即(3.26+2×0.35) MeV=4E kHe 所以E kHe =0.99 MeVE kn =3E kHe =2.97 MeV.答案：(1)3.26 MeV(2)E kHe =0.99 MeV ，E kn =2.97 MeV体验探究【问题】为什么国际社会不允许无核武器国家获取或制造核武器？导思：主要从放射性物质对人类、自然界的危害来考虑.探究：核武器主要原料是U 23592这一放射性物质，还包括U 23892和Pu 23994以及其他高放射性物质.核武器爆炸后在相当长的时间内生物不能生存，甚至致癌，或导致后代畸形.造成大面积的地区污染，给人类和自然界带来恐慌和动荡，所以要禁止核扩散.。
鲁科版高中物理选修(3-5)-4.4认识核能：核能利用与环境保护
亚洲各地在刚过去的周末都密切关注日本核电站出现的事故，原因是亚洲一些国家正考虑兴建数十座核电站。
印度尼西亚官员也在考虑是否重启对核电站的规划，以满足印度尼西亚巨大的电力供应缺口。
印度表示，将检查其核电站，以确保经得起地震和海啸考验。
韩国也表示，将审视自身的核计划。韩国原计划建造14座新核反应堆。
第二节我国的核能应用
第三节有关核能的国际法律问题
附录：世界核电站的分布
我国核电站的分布
日本地震带来核危机而引发的思考
●时间：北京时间2011年3月11日13时46分
●震级：9.0级（日本地震厅）3月11日
●震中：日本本州岛仙台港以东130公里处3月11日
●伤亡：官方确认其中9700人确认遇难，1万6501人被正式列入失踪人员名单，两者合计总数达到2万6201人3月24日。
19世纪末英国物理学家汤姆逊发现了电子。
1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。
1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。
1898年居里夫人发现新的放射性元素钋。
1902年居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。
1905年爱因斯坦提出质能转换公式。
1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。
奥地利环境部长柏拉科维奇称，他前日与欧盟各国环境部长开会时，将就“核电厂压力测试”取得各方共识。这类似2008年金融危机过后，欧盟对各金融体系进行的压力测试。
瑞士政府已决定暂停更新老化核能发电厂的计划，强调最优先考虑的是安全，又责成联邦核安全督察团“分析日本核事故的确切原因，并就可能制订严格新标准作结论”，在彻底的安全审查之前，停建新的核电站。
核能利用与环境保护
鲁科版高中物理选修3-5：《核能的利用与环境保护》课件-新版
子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很 快放出正电子蜕变为硅。 4. 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均 没有意识到原子能的实际利用近在眼前。
核武器的历史进程
1. 1933年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）已经意识到核能的开发可
第四节
核能利用与环境保护
一、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，叫做核电站。
核电站发展历程：
1. 1公斤核燃料相当于2500吨煤 2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站； 1956（英国），1957（美国）
3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故 太可怕
4. 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机 组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效
引发剧烈爆炸。
另一种方法是“内爆法”，将没有达到临界状态的 裂变材料，被放在周围的炸药变成超临界状态，同 时提供一些中子，使裂变链式反应能持续进行，从 而发出巨大的能量。有两种实现的方法，即枪法和 内爆法。
1964 年 10 月 16 日 中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
1967 年 6 月 17 日 中 国爆炸了 第一颗氢 弹。
一的电力
核武器的历史进程
1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹 2. 科学家的犹豫：
继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 不干吗？不符合现代科学技术的精神 好的理由：应该让全人类知道它的威力 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子 投在长崎
高中物理核能核能的利用与环境保护受控热核反应素材鲁科选修
受控热核反应受控热核反应是一门新兴的学科，至今才有二十余年历史。
由于工农业生产的发展，能源的需要急剧上升。
据统计世界能源的需要每八年翻一番。
受控热核反应是核能利用的第二条途径，有可能是一个新的廉价的巨大能源，因此这门学科受到各国的普遍重视，发展极为迅速。
1．受控热核反应棗未来世界能源问题比较彻底解决的途径。
虽然重核的裂变为人类提供了一个崭新的能源，但仍然有它一定的局限性，譬如核燃料工艺复杂、费用昂贵、使用之后废物综合处理困难等都还一时难以解决，而且铀燃料的储量毕竟还是有限，所以还得寻找一项更为理想的核能利用途径。
热核反应所需要的原料是重氢（即氘），它含在普通的水中，而水则遍布地球的五洲四大洋。
据估计，仅从海水中提取的氘，就可供人类使用200亿年，因此可以说，受控热核反应这个新的核能源是取之不尽、用之不竭，是解决未来世界能源的一个重要方向。
除了原料来源极端丰富之外，热核反应还具有如下几个独特优点：它单位质量释放能量比裂变反应释放能量高3～4倍；热核反应之后最后生成物是α粒子与中子，放射性少，放射性寿命短，比裂变过程要干净得多；从热核反应中得到大量的中子，它可以用来生产核武器中的重要原料“钚”。
所以受控热核反应的研制具有很大的政治意义、经济意义和军事意义。
2．受控热核反应的简单原理受控热核反应是利用元素周期表中最轻的元素氘（或者氚）聚变反应成紧密束缚的较重的氦原子核，从而释放出巨大图8-5 质量亏损示意的能量。
这能量是由于聚变反应前后发生了质量亏损，即氘和氚聚合成氦（He4）加中子，会出现后者比前者质量减少的现象。
根据爱因斯坦公式E＝mc2，亏损掉的质量就会以和它相当的能量形式释放出来。
但由于参与聚变的原子核带有正电荷，它们之间有很强的静电排斥力，只有当我们使它们之间用极高的速度相互碰撞，才会发生数量可观的聚变反应。
这速度据计算，差不多需要每秒几百公里至一千公里。
用人为的办法实现这个反应目前已经在氢弹爆炸中做到了，但它是非可控的，其释放的能量难于利用。
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裂变与链式反应谈论能源命题都可以由二十世纪最杰出的科学家爱因斯坦的著名方程式E＝mc2谈起。
这个简明方程揭示，自然界最重要的规律就是任何物质的一定质量是和它具有的一定能量相联系。
质量和能量是反映物质属性的两个物理量，质量与能量不是各自不相干的而是相互紧密联系着的，或者说一定的质量是和一定的能量相当。
这里c是代表光速，其数值约等于每秒 300，000公里，E是静止物体所含的能量， m是它的质量，图8-1 爱因斯坦质量m所具有的能量等于这质量乘以光速的平方。
这就是说，普通一个具有一定质量的物体，它都具有非常大的能量，譬如说任何具有一克质量的物体它都具有很大数量的能量，它大约相当具有2500万度的电能。
但是为什么我们通常看不到普通的物质放出这样巨大的能量呢？这是因为在通常的物理、化学、生物的变化中，甚至在极其剧烈的变化中如木材、煤、汽油的燃烧时，它们质量几乎没有发生任何变化，不过它们大都从固态变成气态，如变成二氧化碳跑到空气中去，当然在燃烧这些燃料时我们可以得到不少能量。
根据质能相当原理，那末被燃烧的物体必定亏损掉一点质量，通过计算表明，燃烧一吨煤，如果我们能够把生成的二氧化碳质量和燃烧前的煤加上燃烧时消耗空气中氧的质量作比较，则可以发现燃烧过程将会失去0.000028克的质量。
对这种现象的解释，爱因斯坦曾作过一个生动的比喻：“只要没有向外放出能量，能量就观察不到。
这好比一个非常有钱的人，如果他从来不花费也不给别人一分钱，那末就没有谁能说出他有多少财产。
”所以说，要发生非常大的能量变化，只能在质量发生比较大变化的情况下才能产生。
那末发生质量稍微大点的变化情况应在那里去找呢？前面煤的燃烧表明普通的化学反应过程质量的变化是微乎其微，这是因为化学反应只牵涉到某些原子中的电子轨道变化，它们的总质量几乎不会发生什么可觉察的变化，但它们这些无足轻重的变化，客观上已经提供了不少的能量。
对一个原子来说，它百分之九十九点九的质量是集中在原子核当中，显而易见，只能在原子核发生变化时才能提供大的质量变化。
一个质量为M的原子核如铀235，如果分裂成两个中等质量的原子核M1和M2，M1和M2以巨大能量彼此推开，当这两个原子核运动停止下来时棗即当我们取走它们巨大的动能之后，我们可以算出它们两者质量的相加一定少于裂变之前的一个原子核，比如这里M表示铀235的质量即M＞M1＋M2。
一般来说，这两者的相差值在千分之一左右。
由于在原子核实验工作中我们可以相当精确地定出每个原子核的质量，也能相当精确地测量原子核运动的动能，因此在原子核的实验中最好地验证了E＝mc2这个质能相当公式。
爱因斯坦在说明这个公式时还就那个“有钱的守财奴”的故事作了这样的阐明：“这个有钱的守财奴，他在一生中不给人一分钱（能量），但在他的遗嘱中把他的财产留给他的两个儿子M1和M2，条件是要他们送给社会以小量的钱，其数目少于全部遗产（能量或质量）的千分之一，这样两个儿子共有的钱比父亲要少些（质量M1＋M2之和比放射性原子核的质量M稍为少些）。
”送给社会的部分虽然相对地说来比较小，但是作为动能来看本身已经是非常之大了。
这个公式今天在原子核的裂变反应和聚变反应中得到极其明确的证明，而且能解释宇宙变化、星球发光、太阳发热等一系列现象，是解释这些现象的根本的出发点。
通过重核裂变释放很大原子核能这个现象的发现，要从第二次世界大战初期谈起。
裂变的现象早在1934年实验上就出现过，可惜当时作了错误解释，直到1928年，在德国的放射化学家哈恩和斯特拉斯曼才发现了慢中子轰击铀原子核时发生裂变的令人吃惊的现象。
图8-2 哈恩因为慢中子能量极低，只有几个电子伏特，而铀核的分裂可产生释放近200百万电子伏特的能量，所以他们为此现象感到不知所措，不敢相信自己的观察结果，就写信给当时住在瑞典的著名核理论物理学家迈特纳（Meitner）。
迈特纳接到来信，她根据尼·玻尔（N.Bohr）的原子核液滴模型假设，在1939年从理论上解释了重原子核铀的裂变现象。
由于核力作用范围只能到达大原子核直径的几分之一区域，所以在重原子核里不少质子之间的静电斥力有时有超过核力的机会。
当一个外来中子闯进这个重核里来时，扰动的结果使原子核剧烈振荡，造成整个核可能变形成椭圆形，这样核力就更无法维持昔日把所有核子抱成一团的局面。
一旦在椭圆的两端形成正电荷中心，静电斥力中心就会更加把核向两个相反方向排斥，愈排斥愈长，出现哑铃状，最后不可避免地破裂成两块质量大致相同的碎块（图8梍3）。
Y图8-3 核的裂变过程我国物理学家钱三强、何泽慧在1947年发现，重核还有发生三裂变、四裂变的现象。
迈特纳等人同时在理论计算中意识到，伴随着每次核的裂变将有2亿电子伏特这样惊人的裂变核能放出来。
核裂变的实验结果和理论分析这些极重要的消息，由尼·玻尔带到美国，当时在美国工作的意大利人费米马上推想：如果在裂变过程同时有若干中子也蜂涌而出，那末是否新的中子也能引起下一代更多的原子核的裂变呢？假使能这样一代比一代极快地“繁殖”下去，这就会在一刹那时间的链式反应中“繁殖”几百代。
下面我们用图（图8－4）来说明U235裂变过程中几种可能的遭遇。
上图表示，U235在吸收一个中子后发生裂变放出三个中子，当中一个中子，经过慢化后成为慢中子，再引起另一个U235的裂变；上面一个中子，则可能碰不到任何原子核而飞出图8-4 U235 裂变过程中几种可能的遭遇去；下面的一个中子则可能被U238所吸收，变成U239，而U239经β衰变变成Np239，再经一次β衰变而变为Pu239。
下图表示在由铀燃料棒和减速剂（水或石墨）相间组成的反应堆中的链式反应。
其中有时中子被U235吸收发生裂变（有电火花标记者），有时则可能被U238吸收，有时中子在减速剂中被反射。
费米的假设引起了科学界极大的重视，因为那就是说我们可能找到比以往任何能源释放能量都要巨大的新能源。
1克铀235全部裂变释放出来的能量竟相当于2.5吨煤燃烧放的热，匈牙利籍的科学家西拉德（Szilard）首先从实验证实这个重要假设。
当时法西斯德国也在研究核的裂变问题，于是西拉德于1939年说服最孚有威望的爱因斯坦写信给罗斯福总统，信里指明核的连锁反应可能会导致新的具有高度爆炸力核弹的制造。
通过计算表明，只要有1公斤铀235（大约是直径4.8厘米的球体），就可以做成具有2万吨炸药威力的原子弹。
经过三年的努力，费米在1942年造出了世界上第一座核反应堆，实现了有控制的核链式反应。
这就从实验上证实了，通过重核的链式反应可以释放巨大的原子核能。
但天然存在的铀同位素中铀238占绝大多数，铀238只有遇到1.1MeV以上能量的中子才能引起它裂变，否则它只会大量吸收中子转变成铀239，而铀235却对一般能量中子都能引起它的裂变。
因而要使链式反应更为异常剧烈地进行，使之变成一场核的爆炸，则必须把铀矿精炼提纯，不断提高核燃料中铀235的含量。
在第二次世界大战最后的三年里，美国政府不惜以巨款筹建了纯化铀235的气体扩散工厂，终于在1945年实现了核能释放的最激烈方式棗核爆炸。
2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，以下对几位物理学家所做科学贡献的叙述正确的是（ ）A ．牛顿运用理想实验法得出“力不是维持物体运动的原因”B ．安培总结出了真空中两个静止点电荷之间的作用规律C ．爱因斯坦创立相对论，提出了一种崭新的时空观D ．法拉第在对理论和实验资料进行严格分析后，总结出了法拉第电磁感应定律2．笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。
当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。
如图所示，一块宽为a 、长为c 的矩形半导体霍尔元元件，元件内的导电粒子是电荷量为e 的自由电子，通入方向向右的电流I 时，电子的定向移动速度v ，当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场B 中，于是元件的前、后表面间出现电压U ，以此控制屏幕的熄灭。
则元件的（ ）A ．前表面的电势比后表面的低。
B ．前、后表面间的电压U=BveC ．前、后表面间的电压U 与I 成正比D ．自由电子受到的洛伦兹力大小为eU c3．由于太阳自身巨大的重力挤压，使其核心的压力和温度变得极高，形成了可以发生核聚变反应的环境。
太阳内发生核聚变反应主要为：224112H+H He ，已知部分物质比结合能与质量数关系如图所示，则该反应释放的核能约为（ ）A ．5 MeVB ．6 MeVC ．24 MeVD ．32 MeV4．下列关于电磁感应现象的认识，正确的是()A．它最先是由奥斯特通过实验发现的B．它说明了电能生磁C．它是指变化的磁场产生电流的现象D．它揭示了电流受到安培力的原因5．下列说法正确的是（）A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加B．物体对外界做功，其内能一定减少C．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大D．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大6．如图所示，轻弹簧的一端固定在地面上，另一端固定一质量不为零的托盘，在托盘上放置一小物块，系统静止时弹簧顶端位于B点（未标出）。
现对小物块施加以竖直向上的力F，小物块由静止开始做匀加速直线运动。
以弹簧处于原长时，其顶端所在的位置为坐标原点，竖直向下为正方向，建立坐标轴。
在物块与托盘脱离前，下列能正确反映力F的大小随小物块位置坐标x变化的图像是（）A．B．C．D．7．关于天然放射现象，下列说法正确的是（）A．玛丽居里发现了天然放射现象B．天然放射现象说明原子是可以分割的C．原子序数大于或等于83的元素都具有放射性D．温度越高，放射性元素的放射性就越强8．如图所示，在轨道III上绕地球做匀速圆周运动的卫星返回时，先在A点变轨沿椭圆轨道II运行，然后在近地点B变轨沿近地圆轨道I运行。
下列说法正确的是（）A．卫星在轨道III上运行的向心加速度大于在轨道I上运行的向心加速度B．卫星在轨道III上运行的周期小于在轨道I上运行的周期C．卫星在轨道III上运行的周期大于在轨道II上运行的周期D．卫星在轨道III上的A点变轨时，要加速才能沿轨道II运动9．“月亮正加速远离地球！后代没月亮看了。
”一项新的研究表明，月球的引力在地球上产生了周期性的潮汐现象，潮汐力耗散地球的自转能量，降低地球的旋转速度，同时也导致月球正在以每年38cm的速度远离地球。
不考虑其他变化，则很多年后与现在相比，下列说法正确的是（）A．月球绕地球做圆周运动的周期将减小B．月球绕地球做圆周运动的线速度增大C．地球同步定点卫星的高度增大D．地球同步定点卫星的角速度增大10．如图所示，质量相同的两物体a、b，用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质定滑轮两侧，a在水平桌面的上方，b在水平粗糙桌面上．初始时用力压住b使a、b静止，撤去此压力后，a开始运动，在a 下降的过程中，b始终未离开桌面．在此过程中A．a的动能一定小于b的动能B．两物体机械能的变化量相等C．a的重力势能的减小量等于两物体总动能的增加量D．绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的代数和为正二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分11．一空间有垂直纸面向里的匀强磁场B，两条电阻不计的平行光滑导轨竖直放置在磁场内，如图所示，磁感应强度B＝0.5 T，导体棒ab、cd长度均为0.2 m，电阻均为0.1 Ω，重力均为0.1 N，现用力向上拉动导体棒ab，使之匀速上升(导体棒ab、cd与导轨接触良好)，此时cd静止不动，则ab上升时，下列说法正确的是()A．ab受到的拉力大小为2 NB．ab向上运动的速度为2 m/sC．在2 s内，拉力做功，有0.4 J的机械能转化为电能D．在2 s内，拉力做功为0.6 J12．一列简谐横波在某时刻的波形如图所示，此时刻质点P的速度为v，经过1s后它的速度大小、方向第一次与v相同，再经过0.2 s它的速度大小、方向第二次与v相同，则下列判断正确的是_______。