2020新教科版高中物理選修3-5第3章5核裂變學(xué)案08

1、- 1 -5.核裂變學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量.（重點(diǎn)）2.知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng).（重點(diǎn)）3.會(huì)計(jì)算重核裂變過(guò)程中釋放出的能量.（重點(diǎn)）4.知道什么是核反應(yīng)堆了解常用裂變反應(yīng)堆的類(lèi)型.（難點(diǎn)）自主預(yù)習(xí)探新Ml- - - - 總昭gBMI此IM- -一、 核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1.核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出核能的過(guò)程.2 .鈾核裂變用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是235. 114489192U+on56Ba+36Kr + 3on.3 .鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其

2、他重核裂變，且能不斷繼續(xù) 下去，這種反應(yīng)叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng).4 .鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)_二、 核電站1.核能釋放的控制通過(guò)可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱(chēng)為核反應(yīng)堆.2 .減速劑反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周?chē)拧皽p速劑”，常用的慢化劑 有石墨、重水和普通水.3 .控制棒為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收中子的能力很強(qiáng)，反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，這種鎘棒叫 作控制棒.4 .能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆外循環(huán)

3、流 _- 2 -動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電_5.核污染及防護(hù)核廢料具有強(qiáng)烈的放射性且持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng).為保證核電站的安全，新建的核電站設(shè)有核燃料芯塊的密封包殼、回路系統(tǒng)的密封設(shè)施及核電站的安全殼._基礎(chǔ)自測(cè)口1 正誤判斷（正確的打“V”，錯(cuò)誤的打“X”）（1）鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象.（X）（2）鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進(jìn)行下去.（V）（3）鈾核裂變時(shí)能釋放出多個(gè)中子.（V）（4）核反應(yīng)堆可以人工控制核反應(yīng)速度.（V）（5）減速劑的作用使快中子減速變成慢中子.（V）（6）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦形成無(wú)法進(jìn)行人工控制.（X）2 .（多選）關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是（）A

4、. 核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量B. 中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C. 重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，但核子數(shù)不變D. 重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，放出核能CD 核裂變釋放的能量來(lái)源于裂變過(guò)程的質(zhì)量虧損，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程，其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子時(shí)吸收的能量，A 錯(cuò)誤，D 正確發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，鈾塊的體積必須大于其臨界體積，否則中子從鈾塊中穿過(guò)時(shí)，可能碰不到原子核，則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒?應(yīng)，B 錯(cuò)誤.重核裂變時(shí)，核子數(shù)守恒，C 正確.3.（多選）關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說(shuō)法正確的是（）A. 鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能B. 鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.

5、 鈾棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率D. 石墨的作用是吸收中子AB 鈾棒是核燃料，裂變時(shí)可放出能量，故A 正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故B 正確，C 錯(cuò)誤；慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，故D 錯(cuò)誤.- 3 -合作探究攻重XI竺點(diǎn)! _對(duì)鈾核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析i.鈾核的裂變和裂變方程（1）核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235 后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子 的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀.(2) 核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾

6、塊，同時(shí)放出2 或 3 個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來(lái)越多的核能.(3) 常見(jiàn)的裂變方程129!U+On Xe+98sr + 20n.229IU+On Ba+Kr + 30n.2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1) 有慢中子轟擊.(2) 鈾塊的體積大于臨界體積，或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量.以上兩個(gè)條件滿(mǎn)足一個(gè)，則另一個(gè)條件自動(dòng)滿(mǎn)足.3裂變反應(yīng)的能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量一個(gè)鈾 235 核裂變時(shí)釋放的能量如果按200 MeV 估算，1 kg 鈾 235 全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 800 t 標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生

7、幾百萬(wàn)度的高溫.【例 1】1938 年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氟(Kr)、中子和一些丫射線(xiàn).下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是()A. 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是92U+0nT56Ba+36Kr +nB. 這是一個(gè)核裂變過(guò)程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C. 這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算D. 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的 丫射線(xiàn)穿透能力極強(qiáng)思路點(diǎn)撥(1)核反應(yīng)方程必須滿(mǎn)足質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒.(2)核反應(yīng)為放能反應(yīng)時(shí)反應(yīng)前粒子的質(zhì)量之和一定大于反應(yīng)后粒子的質(zhì)量之和.D 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：92U+0nT15?Ba+

8、36Kr +3：n,選項(xiàng) A 不正確；鈾核裂變過(guò)程中產(chǎn)生丫射線(xiàn)，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算，選項(xiàng)B、C 不正確；核反應(yīng)中產(chǎn)生的丫射線(xiàn)，穿透能力極強(qiáng)，- 4 -是能量極高的光子，選項(xiàng)D 正確.規(guī)H*方因?qū)χ睾肆炎兊膬牲c(diǎn)理解(1) 重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放 大量的能量，放出更多的中子的過(guò)程.(2) 重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合 能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小.所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過(guò)程中要釋放能 量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量.針對(duì)訓(xùn)練1.（

9、多選）關(guān)于鈾核裂變，下列說(shuō)法正確的是（）A. 鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B.鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放23 個(gè)中子C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用鈾235而不用鈾238D. 鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無(wú)影響B(tài)C 鈾核受到中子的轟擊，會(huì)引起裂變，放出23 個(gè)中子，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，具有極大的偶然性，只是裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，A 錯(cuò)誤，B 正確鈾 235受慢中子的轟擊時(shí)，裂變的概率大，而鈾238 只有俘獲能量在 1 MeV 以上的中子才能引起裂變，且裂變的概率小，C 正確.而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)， 需使鈾塊體積超過(guò)臨界體積，故 D 錯(cuò)誤.2 點(diǎn)2 ?I核

10、電站的工作原理及核力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)1.核電站的主要組成核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，反應(yīng)堆用的核燃料是鈾 235，它的主要部件列表如下:部件名稱(chēng)減速劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水（也叫輕水）鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾 235 吸收吸收中子，控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線(xiàn)，防止放射性污染2反應(yīng)堆工作原理（1）在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，右圖為簡(jiǎn)化的核反應(yīng)堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾（鈾 235 的含量占 2%4%）制成，石墨（重水）為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)?慢中子，便于鈾 235的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周?chē)?- 5

11、-慢化劑（2）鎘棒的作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以也叫控制棒控制棒插入深一些，吸收 中子多，反應(yīng)速度變慢，插入淺一些，吸收中子少，反應(yīng)速度加快，采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié) 控制棒的升降，就能使反應(yīng)堆安全正常地工作.(3)核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)通過(guò)水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動(dòng)蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì)，很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線(xiàn)輻射到外面.3 .核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1) 消耗的核燃料少.(2) 作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大，所能提供的能量大.(3) 對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小.【例 2】(多選

12、)如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對(duì)核反應(yīng)堆的下列說(shuō)法正確的是()栓制揮A. 鈾 235 容易吸收快中子發(fā)生裂變反應(yīng)B.快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235 俘獲而 引起裂變反應(yīng)C. 控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子， 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些D. 若要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變 成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)快一些BC 根據(jù)鈾 235 的特點(diǎn)，它更容易吸收慢中子而發(fā)生裂變，A 錯(cuò)誤；在反應(yīng)堆中減速劑的作用就是減少快中子能量從而更易讓鈾235 吸收裂變，B 正確；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的劇烈程度取

13、決于裂變釋放出的中子總數(shù)，鎘控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反應(yīng)的快慢，即插入得深， 吸收得多，反應(yīng)將變慢，反之將加快，C 正確，D 錯(cuò)誤.針對(duì)訓(xùn)練2 .(多選)山東榮成石島灣核電站總裝機(jī)規(guī)模400 萬(wàn)千瓦.核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢(shì)在于()A. 核燃料釋放出的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量- 6 -B. 就儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)，地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭C. 核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電能力的火電站D. 核電站比火電站更容易建造ABC 核電站與火電站相比，相等質(zhì)量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多， 地球上可開(kāi)采核礦石儲(chǔ)量所能提供的能量約為煤、石油的15 倍，只要措施得當(dāng)，核電站造成的污染

14、很小，核能屬于清潔能源，選項(xiàng)A、B C 均正確；核電站的建造難度較大，選項(xiàng)D 錯(cuò)- 7 -1. 核裂變和裂變方程2. 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及反應(yīng)條件3. 核電站的工作原理 及核力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn).； ANCDABJISHUANC；1 （多選）當(dāng)一個(gè)重核裂變時(shí)，它所產(chǎn)生的兩個(gè)核（）A. 含有的質(zhì)子數(shù)較裂變前重核的質(zhì)子數(shù)不變B. 含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)不變C. 裂變時(shí)釋放的能量等于俘獲中子時(shí)得到的能量D. 可能是多種形式的兩個(gè)核的組合AD 由于在裂變反應(yīng)中吸收一個(gè)中子而釋放23 個(gè)中子，質(zhì)子數(shù)并沒(méi)有發(fā)生變化，而兩個(gè)新核的中子數(shù)減少，故選項(xiàng)A 正確，B 錯(cuò)誤；反應(yīng)后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放能量，并不等于俘獲中子

15、時(shí)得到的能量，在裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，而是多種多樣的，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng) C 錯(cuò)誤.2. 一個(gè)鈾 235 吸收一個(gè)中子后發(fā)生的一種核反應(yīng)方程是瓷 U+0ni154xe+38Sr + 1O0n，放出C 鈾 235 裂變時(shí)的質(zhì)量虧損：得E= mC= （M- 9m- mm）c2.3.用中子轟擊鈾核（U），其中的一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇（1561Ba）和氟（；6心）兩部分，放出 3 個(gè)中子.各個(gè)核和中子的質(zhì)量如下：2727m=390.313 9x10kg,m=1.674 9x10 kg;2727mBa=234.001 6x10 kg,mr=152.604 7x10 kg.知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的能量為 E,鈾 235 核的質(zhì)量為M中子的質(zhì)量為m氙 136 核的質(zhì)量為m,鍶 90 核的質(zhì)量為m,真空中光速為c,則釋放的能量2A. （M- mm）cE等于（B.2C.(M-mm 9n)cD.2(Mm- mm)c2(m+m+ 9m- M)cm= M+ m- mm 10m= M- mm 9m由質(zhì)能方程可- 8 -