2020-2021高二物理3-5學(xué)案：第十九章 第6節(jié) 核裂變含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年高二物理人教版選修3-5學(xué)案：第十九章第6節(jié)核裂變含解析第6節(jié)核裂變1．知道什么是核裂變。2．知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。3．會(huì)利用質(zhì)量虧損計(jì)算核裂變產(chǎn)生的核能。4．了解核反應(yīng)的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度。5．了解如何防止核污染。一、重核的裂變1．核裂變：重核分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的eq\o（□,\s\up3(01)）較輕原子核，并放出eq\o（□,\s\up3(02）)核能的過程.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eq\o\al（235，92)U＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al（144,56）Ba＋eq\o\al(89，36)Kr＋eq\o（□,\s\up3(03)）3eq\o\al（1,0)n.3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程,叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于或等于eq\o（□，\s\up3（04))臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于eq\o(□,\s\up3(05)）臨界質(zhì)量.二、核電站1．核電站:利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是eq\o(□，\s\up3(01)）核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：（1)燃料：eq\o(□，\s\up3(02)）鈾棒；(2)慢化劑:鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用eq\o（□,\s\up3(03））石墨、eq\o(□,\s\up3(04）)重水和eq\o（□，\s\up3（05))普通水(也叫輕水)作慢化劑；(3)控制棒：利用鎘吸收eq\o(□,\s\up3（06）)中子能力很強(qiáng)的特性，在反應(yīng)堆中采用插入鎘棒的方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；(4）熱交換器：利用eq\o(□，\s\up3(07）)水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆中的熱量傳輸出去。2．核輻射的屏蔽:在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的eq\o（□,\s\up3(08））水泥層；核廢料需裝入特制的容器，eq\o(□,\s\up3（09）)深埋地下。判一判（1)只要鈾塊體積大于臨界體積就可以發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。（）(2）核電站應(yīng)用的是重核裂變獲得能量。（)(3)鈾核裂變的產(chǎn)物是唯一的.（)（4）在利用重核裂變制成的原子彈中，也需要用鎘制成的控制棒.（）提示：（1）√(2)√（3)×(4)×想一想（1)鈾核裂變是天然放射現(xiàn)象嗎？提示：天然放射現(xiàn)象是指元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，而裂變是重核在其他粒子轟擊下發(fā)生的核反應(yīng).（2)中子的速度越快越容易發(fā)生鈾核裂變嗎？提示:不是。中子速度不能太快,否則就會(huì)與鈾核“擦肩而過”，鈾核不能俘獲中子,也就不能發(fā)生裂變了.(3)控制棒如何起到控制核反應(yīng)速度的作用？提示：控制棒一般由鎘制成，鎘吸收中子能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí),將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子,從而達(dá)到減慢核反應(yīng)速度的目的。相反,如果核反應(yīng)速度過慢，將鎘棒抽出一些.課堂任務(wù)重核的裂變1．鈾核的裂變和裂變方程(1)原子核受激發(fā):當(dāng)中子進(jìn)入鈾235原子核后，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)原子核分裂：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,釋放出越來越多的核能.(3）常見的裂變方程①eq\o\al(235,92）U＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al（136，54)Xe＋eq\o\al(90,38）Sr＋10eq\o\al（1，0)n②eq\o\al(235，92)U＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al(144，56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1，0)n2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件（1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積。（2）鈾塊的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量.以上兩個(gè)條件滿足一個(gè)即可。例1（多選)關(guān)于鈾核裂變，下列說法正確的是（)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2~3個(gè)中子C．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行,最好提純鈾235D．鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響（1)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是什么？提示:裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積,或質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。(2）裂變遵循的規(guī)律是什么？提示：遵循質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。［規(guī)范解答]鈾核受到中子的轟擊，會(huì)引起裂變，裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個(gè)中子,A錯(cuò)誤,B正確;較純鈾235受中子的轟擊時(shí)，裂變的概率大，C正確;而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng),必須使鈾塊體積達(dá)到或超過臨界體積，D錯(cuò)誤。［完美答案］BC解決裂變問題應(yīng)注意的幾點(diǎn)(1)重核發(fā)生裂變的條件:①要俘獲慢中子；②鈾塊的體積要大于或等于臨界體積。(2）重核裂變放能的原因是：重核核子的比結(jié)合能小于中等核核子的比結(jié)合能.(3)裂變遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒的規(guī)律。eq\a\vs4\al（［變式訓(xùn)練1]）一個(gè)eq\o\al（235，92）U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程式為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al（1,0）n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則下列敘述正確的是(）A．X原子核中含有86個(gè)中子B．X原子核中含有141個(gè)核子C．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少答案A解析X原子核中的核子數(shù)為（235＋1）－（94＋2)＝140個(gè),B錯(cuò)誤；中子數(shù)為140－（92－38）＝86個(gè)，A正確;裂變時(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，C、D錯(cuò)誤.課堂任務(wù)核電站1．核心：核電站的核心是核反應(yīng)堆，其簡(jiǎn)化示意圖如下：各部分的作用如下:（1)鈾棒:由天然鈾或濃縮鈾（鈾235的含量占2%～4％）制成,它是核反應(yīng)堆的燃料。（2)石墨(或重水）:石墨（或重水)作為減速劑，附著在鈾棒周圍，使反應(yīng)生成的快速中子變?yōu)槁凶?，便于?35吸收，發(fā)生裂變。(3)鎘棒：主要作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以叫做控制棒。（4）混凝土防護(hù)層：屏蔽射線防止放射性污染。2．核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)（1）消耗的核燃料少:一座百萬千瓦級(jí)的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右,而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬噸。（2）污染?。汉穗妼?duì)環(huán)境的污染比火電小.例2秦山核電站第三期工程的兩個(gè)6×105kW發(fā)電機(jī)組已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電站的核能來源于eq\o\al（235，92)U的裂變，下列說法正確的是()A．反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度通常是采用調(diào)節(jié)eq\o\al(235，92)U的體積來控制的B。eq\o\al(235，92)U的一種可能的裂變是eq\o\al(235，92)U＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al（95，38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC。eq\o\al（235,92）U是天然放射性元素，升高溫度后它的半衰期會(huì)縮短D．雖然核電站能提供很大的能量，但它對(duì)環(huán)境的污染比火電站嚴(yán)重（1)反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度是如何控制的？提示：由控制棒吸收中子的多少進(jìn)行控制。(2）核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是什么?提示：①消耗的核燃料少。②核燃料在地球上可采，儲(chǔ)量大。③對(duì)環(huán)境污染比火力發(fā)電站小。［規(guī)范解答]反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度由控制棒(鎘棒）吸收中子的多少來控制，A錯(cuò)誤；eq\o\al（235,92）U裂變有多種可能性,這是其中常見的一種，B正確；放射性元素的半衰期由原子核本身決定，與溫度壓強(qiáng)等外界條件無關(guān)，C錯(cuò)誤；核電站的核能是清潔能源，污染少，D錯(cuò)誤.［完美答案］B關(guān)于核電站需要記住的幾個(gè)要點(diǎn)(1）核反應(yīng)堆的工作原理和組成。（2)核能的來源。（3）核電站的優(yōu)缺點(diǎn).eq\a\vs4\al(［變式訓(xùn)練2]）核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變的一種裝置，它主要由四部分組成（）A．核燃料、減速劑、碰撞系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)B．核燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)C．核燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)D．核燃料、中子源、原子能儲(chǔ)存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)答案C解析核反應(yīng)堆里用的核燃料是濃縮鈾(鈾235占2%～4％)制成的鈾棒;鈾235易俘獲慢中子，不易俘獲快中子，必須使用減速劑(如石墨、重水、普通水），讓快中子跟減速劑的原子核碰撞后能量減少,變成慢中子；控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)是用于調(diào)節(jié)中子的數(shù)目以控制反