2012高二物理学案 4.5 裂变和聚变 (粤教版选修3-5)

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1、§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．(4)了解受控热核反应的发展前景．2．过程与方法．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

2、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：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

3、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．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．H＋H→He＋n2．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

4、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．(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．【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

5、，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

6、、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（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。关于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.目前核电站都采用聚变反应发电解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。

7、但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应。因此B正确。例题2、下列核反应中，表示核裂变的是（）A、B、C、D、分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。是衰变，是衰变，是人工转变，只的C选项是重核裂变。解：表示核裂变的是C例3、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：mD=2.014102u、氚核的质量：mT=3.016050u、氦核的质量：mα=4.002603u、中子的质量：mn=1.008665u、1u=1.6606×

8、10-27kg，e=1.6022×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量。根据质能方程，释放出的能量为：平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约