高中物理 5.2-5.4 裂变及其应用 聚变与受控热核反应 核能利用与社会发展学案 沪科版选修3-5

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1、学案2　裂变及其应用学案3　聚变与受控热核反应学案4　核能利用与社会发展[学习目标定位]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.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量.4.了解核能的优越性，核电站的安全性能及核废料的处理．1．核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒．2．核能运算：ΔE＝Δmc2.(1)若Δm单位为kg，则ΔE的单位为J；(2)若Δm单位为u，则ΔE的单位为MeV，可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV计算核能．3．重核的裂变(1)核裂变：重核被中子轰击后分裂成质量差不多的两部分，同时放出

2、几个中子，并放出核能的过程．(2)链式反应：铀核裂变时，通常会放出2到3个中子，这些中子可以作为新的“炮弹”轰击其它的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应．(3)发生链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或发生裂变物质的质量大于等于临界质量．4．裂变反应堆(1)裂变反应堆是核电站的心脏．它是一种用人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来．(2)裂变反应堆的基本结构①裂变材料：铀棒；②慢化剂：铀235容易捕获慢中子而发生反应，通常用石墨、重水或普通水(也叫轻水)作慢化剂；③控制棒：用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控

3、制反应强度；④反射层：一般用石墨做材料，阻止中子逃逸；⑤热交换器：利用水循环，把反应堆中的热量传输出去；⑥防护层：由金属套、防止中子外逸的水层以及1～2m厚的钢筋混凝土构成．5．裂变反应堆的常见类型(1)重水堆：采用重水做慢化剂的反应堆．(2)高温气冷堆：采用石墨为慢化剂、氦为冷却剂的反应堆．(3)快中子增殖反应堆：以铀－235作为主要裂变材料的反应堆．其最大特点是可以合理利用有限的铀资源，使核燃料增殖．6．核电站的工作模式以核反应堆为能源，用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电．7．核聚变(1)定义：使平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核，

4、同时释放核能．(2)核反应举例：H＋H→He＋n＋17.6MeV.(3)聚变的条件：必须使原子核的距离达到10－15m以内，为此必须有几千万开以上的高温才行，所以，聚变又叫热核反应．8．受控热核反应(1)“托卡马克”：是一种利用强磁场约束等离子体的环流器．(2)激光聚变的构想：1964年，我国著名物理学家王淦昌与苏联科学家各自独立地提出了激光聚变的构想，即用高功率的激光束打在氘、氚的靶丸上，产生高温使核燃料发生核聚变．9．核能的优越性(1)核燃料提供的能量巨大．(2)核燃料的储量丰富．(3)核燃料的运输和储存方便．(4)清洁卫生，对环境的污染小．10．核安

5、全性与核废料处理(1)核电站的安全性能：为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道安全屏障．①第一道屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块．②第二道屏障：锆合金包壳．③第三道屏障：由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界．④第四道屏障：安全壳．(2)核废料的处理：我国对核废料采用后处理技术，即先回收铀、钚等，然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料.一、核裂变和链式反应[问题设计]阅读课本“铀核的裂变”，说明：(1)铀核裂变是如何发生的？(2)重核裂变在自然界中能自发进行吗？答案　(1)铀核裂变的发生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

6、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，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．(2)不能．重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地发生．铀核裂变不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这样形成了链式反应．[要点提炼]1．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，其中两种典型的反应是：U＋n→Ba＋Kr＋3n；U＋n→

7、Xe＋Sr＋10n.2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于等于临界体积或铀块的质量大于等于临界质量．(2)中子的“再生率”要大于1.例1　关于铀核裂变，下列说法正确的是(　　)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　铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的裂变成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1Me

8、V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