高中物理第4章核能第2节核裂变教学案鲁科版选修35

高中物理第4章核能第2节核裂变教学案鲁科版选修35

第2节 核裂变

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．

3．会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点＋难点) 4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．

[学生用书P55]

一、重核的裂变

1.核裂变：像中子轰击铀核分裂成质量相近的两部分那样，重核分裂成质量较小的核的反应，称为核裂变．

2.裂变能：核裂变释放的能量，也称核能或原子能．

3.铀核的裂变

(1)两种常见的核反应方程：

235

92

U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋21

0n 235

92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310n (2)铀核裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约为1__MeV ．

1．(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．( )

提示：(1)× (2)×二、链式反应

1.链式反应：当一个中子引起一个铀核的裂变后，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．

2.发生条件

(1)有持续不断的中子源．

(2)达到临界体积．

发生链式反应为何会有临界体积呢？

提示：原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块的体积不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．

三、裂变反应堆

1.用人工的方法控制链式反应的速度，人们制成了核反应堆，它是能维持和控制核裂变

的装置．

2.核反应堆包含堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．堆芯又由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．

2．(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核．( )

(2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( )

(3)核反应堆用过的核废料无毒无害．( )

提示：(1)× (2)√ (3)×

重核的裂变及链式反应[学生用书P56]

1.裂变的发现：1938年12月，德国化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.裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的

距离增大，核力减小不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状最后分裂成两部分，同时放出中子．

3.裂变过程为什么能放出能量

中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.235 92U 的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：

235

92

U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋21

0n 235

92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 在重核裂变过程中，核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，但反应前后质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．

计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量．

已知m (235 92U)＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m (141 56Ba)＝140.913 9 u ，m (92

36Kr)＝91.897 3 u ，且1 u 质量对应的能量为931.56 MeV

裂变前：m 1＝(235.043 9＋1.008 7) u ＝236.052 6 u

裂变后：m 2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u ＝

235．837 3 u

质量亏损：Δm ＝0.215 3 u

释放能量：ΔE ＝0.215 3×931.56 MeV ＝200.56 MeV.

4.重核裂变的条件

(1)重核的裂变只能发生在人为的核反应中，自然界中不会自发地产生裂变，而是发生衰变．

(2)要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使其分裂，并放出更多的中子，这些中子再去轰击更多的铀核，产生更多的中子，就形成了链式的反应．如图所示

(3)链式反应速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放引起剧烈爆炸(如原子弹)．如果运用一定方法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量(如核电站、核潜艇等)．

(1)235 92U裂变的产物是多种多样的，但裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数和电荷数守恒编造裂变反应．

(2)裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去

①要有足够浓度的铀235；

②要有足够数量的慢中子；

③铀块的体积大于临界体积．

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，所以核子数要减小

D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能

[思路点拨] 重核裂变问题，要注意明确下列三点：

(1)原子核裂变时核能的来源；

(2)链式反应能够发生的条件；

(3)裂变反应遵循的规律．

[解析] 根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，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．链式反应是有条件的，即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，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、核电荷数均守恒，即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、B、C均错；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，故选D.

[答案] D