广东省惠州市高中物理第四章原子核第五节裂变和聚变导学案(无答案)粤教版选修3_5
粤教版高中物理选修3-5课件 裂变和聚变课件4
本 (3)由质能方程 ΔE＝Δmc2 得每秒减少的质量
学 案 栏
Δm＝ΔcE2 ＝33.8××11008226
kg＝4.2×109 kg.
目 开
答案
(1)411H→42He＋2＋10e
关
(2)24.78 MeV
(3)4.2×109 kg
学习探究区
本 学 案 栏 目 开 关
学案5、6、7
自我检测区
学案5、6、7
学案 5 裂变和聚变
学案 6 核能利用
学案 7 小粒子与大宇宙(略)
本 学
[学习目标定位]
案 栏
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.
目 开
2.掌握核聚变的定义及发生条件.
关 3.会判断和书写核裂变和核聚变方程，能计算核反应释放的能量.
4.了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知
＝Δm×__9_3_1_._5__ MeV 计算核能．
知识储备区
学案5、6、7
3．重核的裂变
(1) 核 裂 变 ： 重 核 被 中 子 轰 击 后 分 裂 成 两 个 质 量 差 不 多 的
__较__轻__原___子__核___，并放出__核___能___的过程．
本 (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
关
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 2～3 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．
自我检测区
学案5、6、7
2018-2019学年粤教版选修3-5第4章第五节裂变和聚变学案
第五节 裂变和聚变释放出的能量．一、核裂变与链式反应1．核裂变：______分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应．2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能____进行下去，源源不断地将____释放出来．3．铀235与铀238比较（1）天然铀储量：铀238占99.3%，铀235占0.7%． （2）与中子的作用特点①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____．②铀238只有俘获能量____1 MeV 的中子才可能发生裂变，并且几率____，俘获能量低于1 MeV 的中子时，不发生裂变，而变为铀239．③为使链式反应容易发生，最好选用______． 4．一种典型的裂变反应方程 235 92U ＋10n→8936Kr＋14456Ba ＋________．5．临界体积：能够发生链式反应的铀块的____体积． 预习交流为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？ 二、核聚变与受控热核反应 1．核聚变两个____聚合成一个____的核的反应．2．热核反应物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子与原子完全脱离，这时小部分原子核具有足够的____，能够克服核间的________，在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度，因此聚变反应又叫热核反应．3．普遍性热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的__________．答案：一、1．重核2．自发核能3．（2）较大大于很小铀2354．310n5．最小预习交流：答案：由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．二、1．轻核较重2．动能库仑斥力3．热核反应堆一、铀核裂变及链式反应1．核子是怎样分裂的？发生链式反应为何会有最小体积呢？2．为什么铀的同位素中铀235最容易发生链式反应？是不是所有的核裂变都能放出核能？（双选）（2011·合肥高二检测）关于重核裂变，以下说法正确的是（）．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5～8个中子C．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D．能否发生链式反应与铀块的体积无关（1）重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发地产生裂变．（2）用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．①反应特点：重核裂变成中等质量的核．②裂变过程满足质量数和电荷数守恒．③裂变过程中有质量亏损，放出能量．④利用裂变产生的中子轰击其他原子，发生链式反应．二、对核聚变的理解1．（1）从微观和宏观两个角度分析说明核聚变发生的条件是什么？（2）核聚变反应有什么特点？（3）实现热核反应有什么必要性？2．氢弹的原理是怎样的？实现热核反应有没有可能？实现热核反应存在的困难是什么？一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量m H＝1.007 3 u，中子质量m n＝1.008 7 u，氘核质量m＝3.018 0 u．（1）写出聚变方程；（2）求释放出的核能；（3）求平均每个核子释放的能量．1．重核裂变和轻核聚变的主要区别：（1）放能原理不同重核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出的核能；而轻核聚变是两个轻核结合成质量较大的原子核放出的核能．（2）放能多少不同在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．（3）可控性不同重核裂变速度比较慢，容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能的．目前，除氢弹外，人们还不能控制轻核聚变．2．可能实现对热核反应的控制方法有：（1）磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置．（2）惯性约束：利用强激光惯性压力约束参加反应的物质．1．有下列核反应：①42He＋2713Al→3015P＋10n②31H＋11H→42He＋γ③19 9F＋11H→16 8O＋42He④235 92U＋10n→8936Kr＋144 56Ba＋310n下列说法错误的是（）．A．①是原子核的人工转变的反应方程式B．②是聚变的核反应方程式C．③是α衰变的反应方程式D．④是裂变的核反应方程式2．（双选）关于聚变，以下说法中正确的是（）．A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B．同样质量的物质发出聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能3．已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？4．氘核（21H）和氚核（31H）的核反应方程如下：21H＋31H→42He＋10n，该氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，则反应过程中释放的能量为（）．A．（m1＋m2－m3）c2B．（m1＋m2－m4）c2C．（m1＋m2－m3－m4）c2D．（m3＋m4－m1－m2）c25．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，32He核的质量为3.015 0 u．（1）写出两个氘核聚变成32He的核反应方程．（2）计算上述核反应中释放的核能．（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成32He核和中子的动能各是多少？答案：活动与探究1：1．答案：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，所以核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，就这样裂变会不断地进行下去．原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．2．答案：在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是238 92U，0.7%的是235 92U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同．（1）235 92U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）238 92U只有在俘获的中子的能量大于1 MeV时才能发生核反应，且裂变的几率较小．对于低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不能引起核反应．故为了使链式反应容易发生，最好用纯度较高的铀235．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，这样的核反应不但不放出能量，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．迁移与应用1：AC 解析：铀核裂变的产物是多种多样的，常见的反应是教材中所见的两个方程，A项正确．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地继续下去，成为链式反应，B项错误，C项正确．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去了，能否发生链式反应与铀块的体积有关，故D错误．活动与探究2：1．答案：（1）①微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10－15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力．②宏观上：要使原子核具有足够大的动能，就得把它加热到几百万摄氏度的高温．由于发生聚变的温度极高，因此聚变又叫热核反应．（2）①在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．②热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．③普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．（3）实现热核反应是有必要的，原因是：由于地球上化石燃料和裂变材料的储量有限，开发聚变能量非常重要，并且是一项十分紧迫的任务．各国科学家都在加紧研究，尽快地在地球上制造出人类自己的“太阳”，缓解甚至消除能源危机的困扰．2．答案：首先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爆炸．（1）实现热核反应是有可能的，因为地球上储存着丰富的聚变燃料．地球上约有138.6亿亿立方米的水，每升水中含有0.03 g氘，大约有40多亿吨氘．（2）反应中所用的氚可以利用锂来提取，地球上锂的储量有2 000亿吨，用来抽取氚足以满足聚变的需要．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．迁移与应用2：答案：（1）11H＋210n→31H （2）6.24 MeV（3）2.08 MeV解析：（1）聚变方程：11H ＋210n→31H ． （2）质量亏损Δm ＝m H ＋2m n －m ＝（1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0）u ＝0.006 7 u ，释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV． （3）平均每个核子放出的能量为 6.243MeV ＝2.08 MeV ． 当堂检测1．C 解析：我们要对人工转变、聚变、裂变和衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式．2．BD 解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A 项错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B 项正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15m ，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C 错、D 正确．3．答案：0.86 MeV解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1 MeV ．由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：ΔE ＝Δmc 2＝0.215 3×931.5 MeV＝201 MeV铀核中含有235个核子，所以平均每个核子释放的能量为201235MeV ＝0.86 MeV ．4．C 解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m 1＋m 2）－（m 3＋m 4），而不是（m 3＋m 4）－（m 1＋m 2）．此反应的质量亏损为Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝（m 1＋m 2－m 3－m 4）c 2．5．答案：（1）21H ＋21H→32He ＋10n（2）3.26 MeV （3）0.99 MeV 2.97 MeV解析：（1）21H ＋21H→32He ＋10n ．（2）核反应中质量亏损Δm ＝2.013 6 u×2－（3.015 0 u ＋1.008 7 u ）＝0.003 5 u ，释放的核能：ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV ．（3）设32He 核和中子的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m 1v 1－m 2v 2＝0，E k1＋E k2＝2E k0＋ΔE解方程组可得：E k1＝14（2E k0＋ΔE ）＝14×（2×0.35＋3.26）MeV ＝0.99 MeVE k2＝34（2E k0＋ΔE ）＝34×（2×0.35＋3.26）MeV ＝2.97 MeV ．。
高中物理 4.5 裂变与聚变教案 粤教版选修3-5
裂变和聚变★新课标要求（一）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。
5．了解聚变反应的特点及其条件.6．了解可控热核反应及其研究和发展.7．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。
（二）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。
（三）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。
3. 聚变核反应的特点。
★教学难点1、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。
2、聚变反应的条件。
★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。
★课时安排1 课时★教学过程重核裂变（一）引入新课教师：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。
惠州市高中物理 第四章 原子核章末复习导学案(无答案)粤教版选修3-5
第四章《原子核》章末复习班级姓名学号●【复习目标】1.知道原子核的组成2.知道三种射线具有的特性3.理解原子核的天然衰变、人工转变、裂变、聚变及相关核反应方程4.理解爱因斯坦质能方程并能进行相关计算●【知识梳理】【能力提升】一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较2. 解题时注意事项（1)熟记一些粒子的符号α粒子（4，2He)、质子(错误!H）、中子（错误!n）、电子(0e）、氘核(错误!－1H）、氚核(错误!H）(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的;在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．【例1】在下列四个核反应中，X不表示中子的是________；属于原子核的人工转变的是________．A．错误!N＋错误!He→错误!O＋X B．错误!Al＋错误!He→错误! P＋XC．21H＋错误!H→错误!He＋X D．235 92U＋X→错误!Sr＋136 54Xe＋10X二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间．计算公式：N＝N0(错误!)n或m＝m0(错误!)n，其中n＝错误!，T1/2为半衰期．2．确定衰变次数的方法(1)错误!X→错误!Y＋n错误!He＋m错误!e根据质量数、电荷数守恒得A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m。
（2）根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变）直接求解．【例2】（单选)某放射性元素经过11.4天有错误!的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为（)A．11。
4天B．7.6天C．5.7天D．3。
8天【例3】（单选)放射性元素错误!U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成错误!Bi,而错误!Bi可以经一次衰变变成错误!X（X代表某种元素）,也可以经一次衰变变成错误!Tl，错误!X和错误!Tl 最后都变成错误!Pb,衰变路径如图所示．则（）A．a＝82,b＝211B．210， 83Bi→错误!X是β衰变，错误!Bi→错误!Tl是α衰变C．210， 83Bi→错误!X是α衰变，错误!Bi→错误!Tl是β衰变D．b81Tl经过一次α衰变变成错误!Pb三、核能的计算方法1．利用质能方程来计算核能(1）根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm. (2）根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．方程ΔE ＝Δmc2中若Δm的单位用“kg"、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J"；若Δm的单位用“u"，可直接用质量与能量的关系式1 u相当于931。
2012高二物理学案 4.5 裂变和聚变 1(粤教版选修3-5)
§4.5 裂变和聚变【学习目标】 1．知识与技能(1)知道重核的裂变反应．(2)知道链式反应的发生条件．知道原子弹的原理．(3)知道轻核的聚变反应．知道氢弹的原理． 学§科§ (4)了解受控热核反应的发展前景．2．过程与方法 ． Zxxk使学生对粒子物理研究对象及前景有所了解，培养学生对科学的兴趣以及探索精神． 3．情感、态度与价值观通过联系我国在核能与核技术开发应用领域取得的成绩，加强爱国主义教育，启发树立为祖国现代化建设事业贡献力量的理想． 【学习重点】核裂变与核聚变的条件 【知识要点】 一、重核裂变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．裂变产物：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)，有时裂变为锑(Sb)和铌(Nb)．产物不同，释放的能量和中子数也不尽相同．例举：2351901361920385409U n Sr Xe n +→++ 3．链式反应：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，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，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，这就叫链式反应．如图所示．4．链式反应的条件 (1)中子的再生率大于1 要引起链式反应，必须使每一次核裂变所释放的中子中至少有一个引起新的核裂变，也就是说，中子的“再生率”大于1． (2)铀块的体积大于临界体积如果铀块太小，铀核裂变放出的中子会逸出铀块，从而中断或不引起链式反应，能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，如果铀235的体积超过临界体积，只要中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应． 学_科_网Z_X_X_K] 二、聚变1．定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变．21H ＋11H →42He ＋10n 2．聚变发生的条件：轻核聚变需要几百万摄氏度的高温．3．轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量．由于温度较高，所以聚变也称为热核反应． 4．聚变与裂变的比较(1)能用于热核反应的原料极其丰富，如氘是聚变的一种材料，在覆盖地球表面的海水中是取之不尽的；而裂变的原料比较稀缺． Zxxk (2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大，如3个氘核聚变中平均每个核子释放的能量约为铀235裂变反应的4倍．(3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比． 三、受控热核反应实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束；而裂变反应较易控制． Zxxk 【问题探究】如何确定核反应时吸收能量还是放出能量 不同的核反应都可以放出能量，例如单个的核子结合成原子核时放出能量；重核分裂成成中等质量的核时放出能量；有些轻核结合成中等质量的核时也放出能量．这是为什么呢?原因是它们在发生核反应时都有质量亏损．精确的研究表明，原子核的质量虽然随着原子序数Z 的增 大而增大，但是二者之间并不成正比关系．人们发现，不同的 原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子 序数有如图所示的关系．中等质量的原子核的核子的平均质量较小，重核和轻核的核子平均质量较大．从图中可以看出，铁原子核中核子的平均质量最小．如果原子序数较大的重核A 分裂成原子序数小一些的核B 和C ，或者原子序数很小的轻核D 、E 结合成一个原子序数大些的F 核，都会有质量亏损，都会放出巨大的核能．核物理中把重核分裂成质量较小的核而释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核而释放出核能的反应，称为聚变．【典型例题】例题1、科学家发现在月球上含有丰富的32He （氦3）。
广东省惠州市高中物理第四章原子核第五节裂变和聚变导学案(无答案)粤教版
第五节 裂变和聚变班级 姓名 学号 评价 【自主学习】 一、学习目标1．知道重核的裂变反应．2．知道链式反应的发生条件．知道原子弹的原理． 3．知道轻核的聚变反应．知道氢弹的原理． 4．了解受控热核反应的发展前景． 二、重点难点1．核裂变与核聚变的条件 三、问题导学1．铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种裂变的核反应方程式是什么样的？2．什么是链式应？发生链式反应的条件是什么？什么是临界体积？3．什么叫核聚变？热核反应？四、自主学习（阅读课本P45-47页，《金版学案》P80-81知识点1、2） 1．完成《金版学案》P80预习篇五、要点透析 见《金版学案》P80-81知识点1、2） 【预习自测】1．两个比较轻的核聚合成一个较 的核时要___ ___能量，这种核反应称为 ____________．如21H ＋31H→___________＋10n ＋17.51 MeV.比较重的核分裂成两个较轻的核时要___ ___能量，这种核反应称为核裂变．铀核的一种裂变方程为 23592U ＋10n→8936Kr ＋14456Ba＋________.2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（ ）A ．e Si P 0130143015+→ B ．n He H H 10423121+→+ C ．eN C 01147146-+→ D ．HeTh U 422349023892+→3．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 ．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，放出核能第五节 裂变和聚变【巩固拓展】 课本作业P87练习1、2、31.以下核反应方程中，属于原子核裂变的是（ ）A ．HeTh U 422349023892+→ B ．n C Be He 101269442+→+ C ．nKr Ba n U 1089361445610235923++→+ D ．nHe H H 10423121+→+2．(双选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是( ) 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 ．一般的，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235 D ．铀块的体积对产生链式反应无影响3.(双选)一个23592U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的核反应为23592U+10n→Z AX+9438Sr +102n ，则下叙述正确的是A ．X 原子核中含有86个中子B ．该反应是核聚变反应C ．由于该反应释放能量，根据E =mc 2判断，反应后的总质量数增加 D ．虽然该反应出现质量亏损，但反应前后总质量数不变 4. 我国科学家研制“两弹”所涉及到的基本核反应方程有：(1)nk Xe Sr n U 101365490381023592++→+ (2)nd He H H 10423121+→+关于这两个方程的下列说法，正确的是A ．方程(1)属于α衰变B ．方程(2)属于重核裂变C ．方程(1)中k=10，方程(2)中d=1D ．方程(1)中k=6，方程(2)中d=1第五节 裂变和聚变班级 姓名 学号 评价 ● 【课堂检测】 一、重核的裂变（例举：2351141921920563603U n Ba Kr n +→++ ）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 +→++ D ．941214260Be He C n +→+二、轻核的聚变（例举： 21H ＋11H →42He ＋10n ）2．一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H →42He+10n ，其中氘核的质量：m D =2.014 102 u 、氚核的质量：m T =3.016 050 u 、氦核的质量：m α=4.002 603 u 、 中子的质量：m n =1.008 665 u ，1u=1.660 6×10-27kg ，e = 1.602 2×10-19C ，请求出该核反应所释放出来的能量。
4.5 裂变和聚变 学案(2020年粤教版高中物理选修3-5)
4.5 裂变和聚变学案（2020年粤教版高中物理选修3-5）第五节裂变和聚变学科素养与目标要求物理观念1.知道什么是裂变，知道链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生的条件.科学思维1.会书写核裂变.核聚变的核反应方程.2.会计算裂变.聚变所产生的核能.一.核裂变与链式反应1.核裂变比较重的一个核分裂为两个较轻的核并释放出能量的反应.2.链式反应一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来的反应.3.一种典型的裂变反应方程UnKrBa3n4.临界体积能够发生链式反应的铀块的最小体积.二.受控热核反应1.核聚变比较轻的两个核结合成一个较重的核，并释放出能量的反应叫核聚变.2.能量变化核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量.3.核反应举例HHHen17.6MeV.4.核反应条件必须使它们的距离接近到1015m，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变.5.受控热核反应热核反应能量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.6.实现受控热核反应的条件1要把热核燃料加热到非常高的温度；2使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件.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中子的速度越快，越容易发生铀核裂变.3铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子.4核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大.5轻核聚变比裂变更完全.清洁.2.氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为HHHeX，式中X是某种粒子.已知H.H.He和粒子X的质量分别为2.0141u.3.0161u.4.0026u和1.0087u；1u，其中c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子X是________，该反应释放出的能量为________MeV 结果保留3位有效数字.答案n或中子17.6解析根据质量数和电荷数守恒可得X是n中子.核反应中的质量亏损为m2.0141u3.0161u4.0026u1.0087u0.0189u所以该反应释放出的能量为Emc217.6MeV.一.核裂变与其释放的核能的计算1.常见的裂变方程1UnXeSr2n2UnBaKr3n2.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.3.铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应.例1xx临川一中期末1938年德国化学家.物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为UnBaKr3X.下列说法正确的是A.核反应方程中X为质子B.核反应方程中X为电子C.由核反应方程可得钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大D.此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的答案C解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中X为中子n，A.B错误；根据原子核的平均结合能曲线可知，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，C正确；如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，所以铀块的体积对于维持核反应是很重要的，D错误.例2铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是UnBaKr3n.1试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量U.Ba.Kr.n的质量数分别为235.0439u.140.9139u.91.8973u.1.0087u,1u相当于931.5MeV的能量；21kg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2.94107J/kg答案1200.6MeV25.141026MeV相当于完全燃烧2797.3t煤解析1裂变反应的质量亏损为m235.04391.0087140.913991.897331.0087u0.2153u.一个铀235原子核裂变后释放的能量为Emc20.2153931.5MeV200.6MeV.21kg铀235中含原子核的个数约为N6.0210232.561024个，1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ENNE2.561024200.6MeV5.141026MeV.设煤的热值为q，煤的质量为m，有ENqm，所以mkg2797.3t二.核聚变及核能的计算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1015m，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，要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万度以上的高温.2.轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应.3.聚变方程HHHen.4.重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大34倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多例3xx成都外国语学校高二期末氘核.氚核.中子.氦核的质量分别是m1.m2.m3.m4，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子HHHen.对于这个反应，以下说法正确的是A.氘核和氚核的平均结合能比氦核大，所以该反应会释放核能B.氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量C.该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2m3m4D.该反应是轻核的聚变，反应中释放的核能为m3m4m1m2c2答案C解析氘核和氚核的平均结合能小于氦核的平均结合能，氘核和氚核的核子平均质量比氦核大，该反应会放出一定的能量，故A.B错误；该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2m3m4，释放的核能为Emc2m1m2m3m4c2，故C正确，D错误.针对训练大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是HHHen.已知H的质量为2.0136u，He的质量为3.0150u，n的质量为1.0087u,1u931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV答案B解析根据质能方程，氘核聚变释放的核能Emc2，质量亏损m2mHmHemn0.0035u，则E0.0035931MeV3.3MeV，故B正确，A.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UnBaKr3n，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.对核聚变的理解科学家发现在月球上含有丰富的He氦3，它是一种高效.清洁.安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为2He2HHe，关于He聚变下列表述正确的是A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电答案B解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，B正确，A.C错误；目前核电站大多采用重核裂变的方法来发电，D错误.3.核反应方程的理解多选能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程中，表述正确的是A.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.UnBaKr3n是核裂变反应D.UnXeSr2n是衰变答案AC解析两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A对，B错.重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C 对.原子核放出或粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变，原子核的衰变的反应物只有一种，故D错.4.核聚变释放核能的计算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.已知质子质量为mH1.0073u，氦核质量为mHe4.0015u，正电子质量为me0.00055u，1u931.5MeV/c2，结果保留三位有效数字1写出这个核反应方程.2求这一核反应能释放的能量.3已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克答案14HHe2e224.8MeV34.22109kg解析1由题意可得核反应方程应为4HHe2e.2反应前的质量m14mH41.0073u4.0292u，反应后的质量m2mHe2me4.0015u20.00055u4.0026u，质量亏损mm1m20.0266u，由质能方程得，释放的能量Emc20.0266931.5MeV24.8MeV.3由质能方程Emc2得太阳每秒减少的质量mkg 4.22109kg.。
裂变和聚变-粤教版选修3-5教案
裂变和聚变-粤教版选修3-5教案一、前言在现代物理学中，裂变和聚变是两种不同的核反应过程。
裂变和聚变所带来的能量可以被应用在能源领域。
本文将介绍粤教版选修3-5中有关于裂变和聚变的教案。
二、裂变2.1 裂变是什么？裂变指的是重核在受到某种外部因素诱导的情况下，可以分裂成两个质量数较小的核子，同时伴随着巨大的能量释放。
2.2 裂变的实验在裂变的实验中，可以用中子将重核物质打碎成轻核。
但是，中子不会被重核原子核直接吸收，需要寻找能够将中子转化为裂变物质的材料。
2.3 裂变能源的使用裂变能可以用于核电站的发电，同时还可以用于构建核武器的制造。
三、聚变3.1 聚变是什么？聚变是指两个轻的原子核在高温、高压及热运动下碰撞并合并成更大的原子核的过程。
聚变过程伴随着大量的能量释放。
3.2 聚变的实验聚变的实验是非常困难的，因为聚变过程要求高温、高压、大流量等极端条件。
并且，由于少数离子需要在恒定的时间和空间里互相碰撞，所以需要使用强大的磁场将成功的离子稳定下来。
3.3 聚变能源的使用聚变能用于生产能源，同时还可以用于制造新型的核武器。
四、教学设计4.1 教学目标1.了解核反应的基本过程及与生产核能有关的重要反应；2.掌握裂变和聚变的基本概念；3.掌握核反应在能源领域中应用的特点和方法。
4.2 教学内容1.核反应的基本过程；2.裂变和聚变地基本概念；3.核反应在能源领域中的应用。
4.3 教学方法1.列举实例，让学生了解到裂变和聚变所带来的巨大能量；2.使用实验方法，展示聚变和裂变的过程；3.网络合作，让学生彼此分享对聚变和裂变的理解。
4.4 教学评估1.对学生能够理解核反应基本过程的掌握情况进行评估；2.对学生能够明白裂变和聚变基本概念的掌握情况进行评估；3.对学生能够彻底理解核反应在能源领域应用的掌握情况进行评估。
五、教学建议本教案的教学需要用到大量实验，在实验过程中，老师需要严格遵守规定，并需特别注意安全问题。
2020-2021学年高中物理粤教版选修3-5 第四章原子核第五节裂变和聚变教学案
第五节裂变和聚变1．两个轻核聚合成一个较重核的反应叫核聚变，较重的核分裂成两个较轻核的反应叫核裂变。
2．一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做链式反应。
3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好是利用纯铀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。
4．要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够的动能，就要给核力加热，使物质达到几百万度以上的高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度。
因此这种反应又叫做热核反应。
5．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出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应。
6．太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应。
核裂变与链式反应1.核裂变（1)概念:较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量,这种核反应叫做核裂变.（2）铀核裂变分析：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，释放出越来越多的核能。
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优质煤燃烧时释放的能量。
(3）铀235和铀238的比较在天然铀中，99。
3％的是错误!U,0.7%的是错误!U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同。
2024-2025学年高中物理第4章第5节裂变和聚变教案粤教版选修3-5
答案：核能作为一种新型能源，具有清洁、高效、安全等优点。但核能利用的潜在风险主要包括核事故、核废料处理等。
（3）简述核废料的处理方法及其对环境的影响。
答案：核废料的处理方法包括地质储存、海洋储存、化学固定等。核废料处理对环境的影响主要体现在核废料的长期储存可能对地下水和土壤造成污染，以及核废料的运输和储存过程中可能发生事故，对环境和人类健康造成威胁。
作用与目的：
- 帮助学生初步掌握裂变和聚变的基础概念。
- 培养学生自主学习习惯和初步的问：
- 导入新课：通过介绍核能的重要性和现实应用，激发学生兴趣。
- 讲解知识点：详细讲解裂变和聚变的过程、应用及其环境影响。
- 组织课堂活动：开展小组讨论，让学生分析核能的利弊，如讨论核能的安全问题和未来发展趋势。
教学实施过程
1. 课前自主探索
教师活动：
- 发布预习任务：提供包含裂变和聚变概念、原理及其应用的PPT、视频等预习资料，明确学习目标。
- 设计预习问题：提出如“核裂变和聚变有何异同？”“核能利用的潜在风险有哪些？”等问题，引导学生深入思考。
- 监控预习进度：通过在线平台检查学生的预习笔记和疑问提交情况。
（2）视频：播放与核能相关的科普视频，让学生更直观地了解核能的原理和应用，增强学生的学习体验。
（3）在线工具：利用互联网资源和在线工具，如科普文章、研究报告等，为学生提供丰富的学习资料，方便学生自主学习和探究。
（4）互动平台：利用班级互动平台，为学生提供在线提问、讨论等功能，方便学生随时提出问题，促进师生之间的互动与交流。
（3）核能作为一种新型能源，具有清洁、高效、安全等优点。
（4）核废料的处理方法包括地质储存、海洋储存、化学固定等。
粤教版高中物理3-5第四章原子核导学案
第四章第一节 《走进原子核》学习目标1、掌握放射元素的特点，和原子核的组成2、原子核的组成学习过程一、预习指导：1、研究原子核内部结构是从什么现象开始的？2、什么是放射性和放射性元素？ 放射性是指：放射性元素是指： 3、哪些元素具有放射性？ 4、原子核的内部含有哪些部分？ 各部分具有什么特点？请完成下列框架：组成 特点：带 电原子核 特点： 带电 符号： 其中：A 表示 Z 表示5、已知a 粒子（氮核）的符号为： 24He ，则表示 核内有 个质子，带 个单位的元电荷， 个中子， 个核子二、课堂导学： ※ 学习探究已知某原子核的符号为则Ra 22688（1）这种元素能自发地放出看不见的射线吗？为什么？ （2）这种元素的质量是否为226？ 226是什么意思？ （3）这种原子核所带电荷量是多少？ （4）Rn 22286是Ra 22688的一种同位素，若让它们以相同的速度垂直射入磁感强度为B 的磁场中，它们运动的轨道半径之比为多少？三、总结提升： ※ 学习小结1、放射性：2、原子核的组成（1） 用 a 粒子轰击氮核，发现了质子 （2）卢瑟福预言了“中子”的存在，而 用实验证明了中子存在。
（3）原子核包括 、 。
符号用 表示。
3、两个基本关系： 质量数= 核子数 = + 核电荷数= = 元素的原子序数 = 核外电子数学习评价※ 自我评价 你完成本节导学案的情况为（ ）.A. 很好B. 较好C. 一般D. 较差※ 当堂检测（时量：5分钟 满分：10分）计分： 1、已知a 粒子的符号为： 24He ，则正确的说法是A 、此原子核内有2个质子（带2个单位的元电荷），2个中子，4个核子B 、4表示质量数，2表示质子数。
C 、4表示核的质量，2表示质子的质量。
D 、此原子核外有2个电子，原子核带电量应为2e （e 为元电荷）2、以下哪些现象和原子核的变化有关 ［ ］Ａ.α粒子散射 Ｂ.天然放射性Ｃ.光电效应 Ｄ.热核反应3.据最新报道，放射性同位素钬可有效治疗肝癌，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是［ ］Ａ.32 Ｂ.67 Ｃ.99 Ｄ.1664、人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从（ A 、发现电子开始的 B 、发现质子开始的 C 、进行a 粒子散射实验开始的 D 、发现天然放射现象开始的。
最新-2021物理粤教版选修35 第四章第五节裂变和聚变
(双选)(2013·高考广东卷)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＋3869Kr ＋310n.下列说法正确的有( AC ) 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
反应前后静质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．
3．重核裂变的条件 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去了，所以发生链式反应时铀块 的体积必须大于临界体积． 特别提醒：(1)重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发 的产生裂变． (2)用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又 引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加, 裂变反应就会不断加强，形成了再需要外界给它能量，靠自身产生 的热就会使反应继续下去． 4．应用 (1)核武器——氢弹． (2)可控热核反应：目前处于探索阶段．
(单选)以下说法正确的是( D ) A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收 能量 D．裂变与聚变均可释放巨大能量
二、受控热核反应 1．核聚变：比较轻的两个轻核_聚__合___成一个较重的核时，会 _释__放___能量，这种核反应叫做核聚变． 2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到10－15m, 也就是接近到__核__力___能够发生作用的范围．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
[解析] 从形式上看,裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实 不然,因为二者的反应物与生成物全然不同．裂变是重核分裂 成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联,并 非互为逆反应,A错误．既然裂变与聚变不是互为逆反应,则在 能量的流向上也不必相反,所以B错误．要实现聚变反应,必须 使参加反应的轻核充分接近,需要数百万度高温提供能量．但 聚变反应一旦实现,所释放的能量远大于所吸收的能量,因此, 总的说来，聚变反应还是释放能量，故D正确，C错误．
高中物理第四章原子核4.5裂变和聚变教案粤教版选修3_8
4.5 裂变和聚变课堂互动三点剖析一、对铀核裂变的正确理解（1）发现：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，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步.（2）核反应方程：U 23592+n Kr Ba n 10923614156103++−→−(3)裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核 .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，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2—3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能.这就叫链式反应，如图4-5-1所示.图4-5-1（4）临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀核时碰不到而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积.二、对聚变的理解（1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变，聚变反应又叫热核反应.（2）聚变反应方程式：H 21+H 31−→−He 42+n 10 应用实例：原子弹爆炸时，就能产生这样的高温，然后就可以引起核的聚变，氢弹就是根据这样的原理制成的.氢弹内部相当于还有一颗小原子弹.各个击破【例1】 关于铀核裂变，下述说法正确的是（ ）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解析：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，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变；而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小；引起链式反应，须使铀块体积越过临界体积.故选项B 、C 两项正确.答案：BC类题演练用中子轰击铀核（U 23592），其中的一个可能反应是分裂成钡（Ba 14156）和氪（Kr 9236）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 kgm Ba =234.001 6×10-27 kg,m kr =152.604 7×10-27 kg试写出核反应方程，算出反应中释放的核能.解析：根据反应前后核的质量数守恒、核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，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能.此铀核裂变方程为n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→−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由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE=Δmc 2=0.357 8×10-27×（2.997 9×108）2 J=3.215 7×10-11 J答案：n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→− 3.245 7×10-11 J 【例2】 以下说法正确的是（ ）A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C.聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大能量解析：从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同.裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应.既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反.诚然，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量.但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量.因此，总的说来，聚变反应还是释放热量，故D 项正确.答案：D。
高中物理第四章原子核章末复习课学案粤教版选修3-5(2021年整理)
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第四章原子核章末复习课【知识体系】错误!错误
第五节 裂变和聚变[目标定位] 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.会计算裂变、聚变所释放的能量．一、核裂变与链式反应 1．核裂变比较重的一个核分裂为两个较轻的核并释放出能量的反应． 2．链式反应一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来的反应． 3．一种典型的裂变反应方程235 92U ＋10n→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n4．临界体积能够发生链式反应的铀块的最小体积． 二、受控热核反应 1．核聚变比较轻的两个核结合成一个较重的核，并释放出能量的反应叫核聚变． 2．能量变化轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量． 3．核反应举例21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV.4．核反应条件必须使它们的距离达到10－15m 以内，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变．5．受控热核反应热核反应能量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． 6．实现受控热核反应的条件(1)要把热核燃料加热到非常高的温度；(2)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件．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 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相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．【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． 答案 10n ＋23592U ―→14156Ba ＋9236Kr ＋310n 3.220 2×10－11J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． 铀核裂变方程为10n ＋23592U ―→14156Ba ＋9236Kr ＋310n ，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． 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 8×10－27kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 ΔE ＝Δmc 2＝0.357 8×10－27×(3×108)2J＝3.220 2×10－11J.二、核聚变及核能的计算 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10－15m ，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．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应． 3．聚变方程21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋γ.4．重核裂变与轻核聚变的区别【例3】 以下说法正确的是( ) A ．聚变是裂变的逆反应B ．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C ．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D ．裂变与聚变均可释放巨大的能量 答案 D解析 从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应，A 选项错误；裂变与聚变都释放能量，B 选项错误；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，C 选项错误． 【例4】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u ，氚核质量m T ＝3.018 0 u ．求：(1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？ 答案 (1)11H ＋210n ―→31H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV解析 (1)聚变方程11H ＋210n ―→31H.(2)质量亏损Δm ＝m H ＋2m n －m T ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u ＝0.006 7 u ， 释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV. (3)平均每个核子放出的能量为6.243MeV ＝2.08 MeV.对核裂变的理解1．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应为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 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．对核聚变的理解2．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为232He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( )A ．聚变反应不会释放能量B ．聚变反应产生了新的原子核C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电． 3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的( ) A ．衰变反应 B ．人工核反应 C ．裂变反应 D ．热核反应答案 D核聚变释放的核能的计算4．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV 是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)． 答案 (1)聚变 (2)放出 减少 3×10－29解析 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE ＝Δmc 2， 可以求得Δm ＝ΔE c2＝3×10－29kg.(时间：60分钟)题组一 对核裂变的理解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，C错误，D 正确．2．(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．所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，故两核中子数会比原来的重核减少，重核裂变的产物是多种多样的，选项B、D正确．3．铀核裂变时，关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块的质量无关答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，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发生链式反应，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，若超过临界体积则能够发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．4．一个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＝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．5．现有的核电站常用的核反应之一是：235 92U ＋10n ―→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋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？ 答案 (1)40 90 (2)8.1×1013J 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 ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV＝8.1×1013 J.题组二 对核聚变的理解6．关于核聚变，以下说法不正确的是( ) A ．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁 B ．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站 C ．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m 以内，核力才能起作用D ．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核 答案 B解析 与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B 项是不正确的． 7．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是( ) A ．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损 B ．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加 C ．裂变过程和聚变过程都有质量增加 D ．裂变过程和聚变过程都有质量亏损答案 D解析 重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损．8．(多选)下列说法正确的是( ) A.157N ＋11H ―→126C ＋42He 是α衰变方程 B.11H ＋21H ―→32He ＋γ是核聚变反应方程 C.23892U ―→23490Th ＋42He 是核裂变反应方程D.42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n 是原子核的人工转变方程 答案 BD解析 选项A 、D 为原子核的人工转变，选项B 为轻核聚变，选项C 为原子核的衰变，故选项B 、D 正确．9．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 ＋Q 1，11H ＋157N ―→126C ＋X ＋Q 2方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：A ．X 是32He ，Q 2>Q 1 B ．X 是42He ，Q 2>Q 1 C ．X 是32He ，Q 2<Q 1 D ．X 是42He ，Q 2<Q 1答案 B解析 根据核反应中质量数与电荷数守恒求得新核X 的质量数为4、电荷数为2，即X 是42He ；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q 1<Q 2.10．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV 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． 答案 见解析解析 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 eV1 g 氢核(即1 mol)所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个．应释放出的总能量E 为：E ＝7×105×6.0×1023 eV ＝4.2×1029 eV ＝6.72×1010 J.题组三 综合应用11．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量m D ＝2.013 6 u ，氦核质量m He＝3.015 0 u，中子质量m n＝1.008 7 u.(1)计算释放出的结合能；(2)若反应前两氘核的动能均为E k0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？答案(1)3.26 MeV (2)0.99 MeV 2.97 MeV解析(1)核反应方程为：221H―→10n＋32He.设反应质量亏损Δm＝2m D－m He－m n＝0.003 5 u.由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV.(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有0＝m He v He＋m n v n，①由能量守恒有：1 2m He v2He＋12m n v2n＝ΔE＋2E k0.②由①②代入数据可得E kHe＝0.99 MeV，E kn＝2.97 MeV.。
高中物理第4章第5节裂变和聚变教案粤教版选修351030169
高中物理第4章第5节裂变和聚变教案粤教版选修351030169第五节裂变和聚变[学习目标] 1.知道核裂变和核聚变的概念，知道重核裂变和轻核聚变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应.3.知道核聚变反应及受控热核反应.4.会计算重核裂变、轻核聚变过程中释放出的能量．(重点、难点)一、核裂变与链式反应1．核裂变重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型的铀核裂变(1) 23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(2)23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n二、受控热核反应1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.(3)条件：①轻核的距离要达到10－15_m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．2．受控热核反应人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．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．3．优点(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．4．约束方法磁约束和惯性约束．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)(2)裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)(3)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)(4)轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)(5)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√) 2．下列属于原子核裂变的链式反应的是( )A．核电站发电B．天然气的形成C．石油的形成D．利用太阳能发电A [核电站是利用原子核的链式反应发电的，A选项正确；石油和天然气的形成是复杂的过程，属于化学变化，B、C选项错误；太阳能辐射是以热传递的形式传递热量，D选项错误．] 3．据《每日邮报》报道，英国一名13岁的小学生近日宣布自己在学校实验室实现了核聚变．他表示用氘聚变氦的过程中检测到了中子，证明聚变成功，成为世界上实现聚变的最年轻的人．下面列出的核反应方程，属于聚变的是( )A.21H＋21H―→32He＋10nB.23892U―→23490Th＋42HeC.157N＋11H―→126C＋42HeD.2713Al＋42He―→3015P＋10nA [轻核聚变是指轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是轻核聚变，B是α衰变，C、D是原子核的人工转变，B、C、D选项错误，A选项正确．]重核裂变(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．(3)能量：重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铀全部裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．2．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，则另一个条件自动满足．【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D [重核裂变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，如果体积小于临界体积，中子可能从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数是守恒的，而核子数等于质量数，综上可知A、B、C均错．]对重核裂变的两点理解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，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．训练角度1：对重核裂变的理解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块的质量无关C [要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，但铀块的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，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，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A 、B 、D 错误，C 正确．]训练角度2：裂变中核能的计算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 9×10－27kg ，m n ＝1.674 9×10－27kg ，m Ba ＝234.001 6×10－27kg ，m Kr ＝152.6047×10－27 kg.试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．[解析] 此铀核裂变方程为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 8×10－27kg由爱因斯坦质能方程可得反应中释放的核能为 ΔE ＝Δmc 2＝0.357 8×10－27×(3.0×108)2 J ＝3.220 2×10－11J[答案] 10n ＋23592U→14156Ba ＋9236Kr ＋310n 3.220 2×10－11J轻核聚变要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m ，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．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应． 3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆． 4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．【例2】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u ，氚核质量m ＝3.018 0 u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能为多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？[解析] (1)聚变方程：11H＋210n→31H.(2)质量亏损Δm＝m H＋2m n－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.0180)u＝0.006 7u释放的核能ΔE＝0.006 7×931 MeV≈6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为6.24MeV＝2.08 MeV.3[答案] 见解析1．核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数守恒和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．2．轻核聚变释放核能的计算方法(1)根据质量亏损计算．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2训练角度1：对聚变的理解3．下列关于聚变的说法中，不正确的是 ( )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摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应D [轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．]训练角度2：聚变核能的计算4．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A．3.7 MeV B．3.3 MeVC．2.7 MeV D．0.93 MeVB [在核反应方程21H＋21H→32He＋10n中，反应前物质的质量m1＝2×2.013 6 u＝4.027 2 u，反应后物质的质量m2＝3.015 0 u＋1.008 7 u＝4．023 7 u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.003 5 u.则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B正确．]课堂小结知识脉络1.核裂变：重核分裂为质量较小的核，释放出核能的反应.2.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.3.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.4.两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫核聚变．约束核聚变材料的方法有磁约束和惯性约束.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．原子核的比结合能变大，释放出能量D [核反应过程中，核子数守恒，中子并未消失，故选项A、C均错误；能量来源于原子核内部，因重核裂变为中等质量的核时，比结合能增加而释放出能量，故选项B错误，D正确．] 2．1938年德国化学家、物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋3X.下列说法正确的是( )A．核反应方程中的X为质子B．核反应方程中的X为电子C．由核反应方程可得钡核的比结合能比铀核的比结合能大D．此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的C [根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中的X为中子10n，A、B错误；根据教材中原子核的比结合能曲线可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，C正确；如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，铀块的体积对于维持该反应是很重要的，D错误．]3．(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及到的基本核反应方程有：(1) 23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k10n.(2)21H＋31H→42He＋d10n.关于这两个方程的下列说法，正确的是( )A．方程(1)属于α衰变B．方程(1)属于重核裂变C．方程(2)属于轻核聚变D．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1BCD [方程(1)属于重核裂变，A选项错误，B选项正确；方程(2)属于轻核聚变，C选项正确；根据质量数守恒和电荷数守恒知，方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1，D选项正确．] 4．(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个11H转变为1个42He的过程中，释放的能量约为( )A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeVC [核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV＝26.6 MeV，选项C正确．]。
部编版2020高中物理第四章原子核4.5裂变和聚变教案粤教版选修3_8
4.5 裂变和聚变课堂互动三点剖析一、对铀核裂变的正确理解（1）发现：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，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步.（2）核反应方程：U 23592+n Kr Ba n 10923614156103++−→−(3)裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核 .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，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2—3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能.这就叫链式反应，如图4-5-1所示.图4-5-1（4）临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀核时碰不到而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积.二、对聚变的理解（1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变，聚变反应又叫热核反应.（2）聚变反应方程式：H 21+H 31−→−He 42+n 10 应用实例：原子弹爆炸时，就能产生这样的高温，然后就可以引起核的聚变，氢弹就是根据这样的原理制成的.氢弹内部相当于还有一颗小原子弹.各个击破【例1】 关于铀核裂变，下述说法正确的是（ ）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解析：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，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变；而铀238只有俘获能量在1 MeV 以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小；引起链式反应，须使铀块体积越过临界体积.故选项B 、C 两项正确.答案：BC类题演练用中子轰击铀核（U 23592），其中的一个可能反应是分裂成钡（Ba 14156）和氪（Kr 9236）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 kgm Ba =234.001 6×10-27 kg,m kr =152.604 7×10-27 kg试写出核反应方程，算出反应中释放的核能.解析：根据反应前后核的质量数守恒、核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，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能.此铀核裂变方程为n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→−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由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE=Δmc 2=0.357 8×10-27×（2.997 9×108）2 J=3.215 7×10-11 J答案：n 10+n Kr Ba U 10923614156235923++−→− 3.245 7×10-11 J 【例2】 以下说法正确的是（ ）A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C.聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量D.裂变与聚变均可释放巨大能量解析：从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同.裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应.既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反.诚然，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量.但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量.因此，总的说来，聚变反应还是释放热量，故D 项正确.答案：D。
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第五节 裂变和聚变
班级 姓名 学号 评价
【自主学习】
一、 学习目标
1．知道重核的裂变反应．
2．知道链式反应的发生条件．知道原子弹的原理．
3．知道轻核的聚变反应．知道氢弹的原理．
4．了解受控热核反应的发展前景．
二、 重点难点
1．核裂变与核聚变的条件
三、 问题导学
1．铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种裂变的核反应方程式是什么样的？
2．什么是链式应？发生链式反应的条件是什么？什么是临界体积？
3．什么叫核聚变？热核反应？
四、自主学习（阅读课本P45-47页，《金版学案》P80-81知识点1、2）
1．完成《金版学案》P80预习篇
五、要点透析 见《金版学案》P80-81知识点1、2）
【预习自测】
1．两个比较轻的核聚合成一个较 的核时要___ ___能量，这种核反应称为 ____________．如2
1H ＋31H→___________＋1
0n ＋17.51 MeV. 比较重的核分裂成两个较轻的核时要___ ___能量，这种核反应称为核裂变．铀核的一种裂变方程为 235
92U ＋10n→8936Kr ＋14456Ba ＋________.
2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（ ）
A ．e S i P 01301430
15
+→ B ．n He H H 10423121+→+ C ．e N C 0114
714
6-+→ D ．He Th U 422349023892+→
3．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 ．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 第五节 裂变和聚变
【巩固拓展】 课本作业P87练习1、2、3
1.以下核反应方程中，属于原子核裂变的是（ ）
A ．He Th U 422349023892+→
B ．n
C Be He 1
01269442+→+
C ．n Kr Ba n U 108936144
5610235923++→+ D ．n He H H 1
0423121+→+
2．(双选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是( )
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 ．一般的，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235
D ．铀块的体积对产生链式反应无影响
3.(双选)一个235
92U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的核反应为
23592U+10n→Z A X+9438Sr +1
02n ，则下叙述正确的是
A ．X 原子核中含有86个中子
B ．该反应是核聚变反应
C ．由于该反应释放能量，根据E =mc 2判断，反应后的总质量数增加
D ．虽然该反应出现质量亏损，但反应前后总质量数不变
4. 我国科学家研制“两弹”所涉及到的基本核反应方程有：
(1)n k Xe Sr n U 10136
5490381023592++→+ (2)n d He H H 1
0423121+→+
关于这两个方程的下列说法，正确的是
A ．方程(1)属于α衰变
B ．方程(2)属于重核裂变
C ．方程(1)中k=10，方程(2)中d=1
D ．方程(1)中k=6，方程(2)中d=
1
第五节 裂变和聚变
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● 【课堂检测】
一、重核的裂变（例举：235
1141921920563603U n Ba Kr n +→++ ）
1．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A ．238
234492902U Th He →+ B ．14140671C N e -→+
C ．235
1141921920563603U n Ba Kr n +→++ D ．941214260Be He C n +→+
二、轻核的聚变（例举： 21H ＋11H →42He ＋10n ）
2．一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H →42He+1
0n ，其中氘核的质量：m D =2.014 102 u 、氚核的质量：m T =3.016 050 u 、氦核的质量：m α=4.002 603 u 、 中子的质量：m n =1.008 665 u ，1u=1.660 6×10-27kg ，e = 1.602 2×10-19C ，请求出该核反应所释放出来的能量。
● 【互动研讨】
1． 为什么轻核聚变和重核裂变都会释放出能量?
2．铀核裂变:
用_______轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中两种典型的反应是235 92U ＋__ _→144 56Ba ＋8936Kr ＋_ ___；235 92U ＋___ _→136 54Xe ＋9038Sr ＋_ _.
3．链式反应的条件:(1)铀块的体积__ _临界体积．(2)有足够数量的__ __中子．
4．聚变方程：21H ＋31H→42He ＋10n.
5．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_______ m ，这要克服电荷间强大的斥力，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，就要给它们________，使物质达到几百万度以上的高温．
第五节 裂变和聚变
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【当堂训练】
1．一个氘核（H 2
1）与一个氚核（H 31）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损。
聚变过程中（ ）
A. 吸收能量，生成的新核是e H 4
2 B. 放出能量，生成的新核是e H 42
C. 吸收能量，生成的新核是He 32
D. 放出能量，生成的新核是He 32
2．一个235
92U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的核反应为
23592U+1
0n→Z A X+94
38Sr +102n ，则下列叙述中正确的是
A ．该反应是核聚变反应
B ．X 原子核中含有140个质子
C ．该核反应是太阳中进行的主要核反应
D ．虽然该反应出现质量亏损，但反应前后的原子核总质量数不变
3．下列说法正确的是
A ．15
11247162N H C He +→+是α衰变方程
B ．1
23112H H He +→+γ是核聚变反应方程
C ．238
234492902U Th He →+是核裂变反应方程
D ．427301213150He Al P n +→+是原子核的人工转变方程
4．(双选)下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U ＋10n→136
54Xe ＋9038Sr ＋101
0n 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 u
B ．质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087) u
C ．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)2 J
D ．释放的总能量为Δ
E ＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.008 7)×931.5 MeV。