高中物理第十九章原子核6核裂变课堂导引素材新人教版选修3-5

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1、6重核的裂变互动课堂疏导引导1.对铀核裂变的正确理解（1）发现:1938年底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:$孟u+；nT：：Ba+鶯Kr+3；n・（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，使得核市于质子间的斥力作用而不能恢SZ原状，这样就分裂成儿块，同时放出2〜3个屮子；这些中子乂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19-6-1所示.:中子铀核；

2、

3、!I图19-6-1（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，就必须使屮子击屮铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，屮子容易在通过铀核时碰不到铀核而跑到铀块外，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.2.重核裂变的和平应用一一核电站在核电站中，核反应堆是热源，如图1962为简化的核反应堆的示意图：执气冷气中子吸收棒（硼或镉）执气二石墨减速剂冷气一妙混凝土防护层一铀棒图19-6-2铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%〜4%）制成.石墨（或重水）为减速剂,使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发

4、生裂变，减速剂附在铀棒周围•镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒•控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反应速度加快•采用电子仪器口动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作.核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水或液态钠作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电•发生裂变反应吋，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面.活学巧用【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

5、.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思路解析：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受中子的轰击吋,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.胎V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，须使铀块体积大于临界体积.故选项B、C正确.答案：BC【例2]核反应堆的燃料是,石墨、重水等作为使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收；用镉棒以控制核反应的,再用水等流体在反应堆内外循坏流动传输反应

6、中产生的热量.思路解析：在核反应堆屮的核燃料是铀235,用石墨、重水等作减速剂，用镉棒来吸收屮子,以控制反应速度.答案：铀235减速剂吸收中子速度【例3】每昼夜消耗220g铀235的原子能发电站，如果效率为25%,它能产生的电功率为多大？（每个铀核裂变时放出的能量是200MeV）思路解析：220g铀235中含铀核数量为220X6.02X1023=5.64X10“个235川个铀核裂变放出能量为俟5.64X10^X200MeV=l.13X1026MeV转化成电能£%=^X25%=2.83X1025MeV=2.83X1025X106X1.6X10_19J=4.53X1012J一昼夜时间

7、为U24X3600s二86400s所以电功率&—=W二5.24X10’W.t86400答案：5.24X107W【例4】静止在匀强磁场中的一个核俘获了一个速度为尸7.3X10】m/s的中子而发生核反应，生成a粒子与一个新核.测得«粒子的速度为2X105m/s,方向与反应前屮子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直.求：（1）写出核反应方程.（2）画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）.（3）求a粒子与新核轨道半径Z比.思路解析：（1）由质量数守恒和电荷数守恒得：鸟B+：nT；He+]Li(2)rh于a粒子和反冲核都带正电，rh左手定则知，它们旋

8、转方向都是顺时针方向，示意图如右.图19-6-3(3)由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是10：?m/s方向和a粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=—可求得它们的半径之比是qB120:7.答案：(1)i；B+(；nT；He+；Li(2)如图19-6-3(3)120:7