7　核聚变ppt配套的教案及板书设计

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核裂变 7

核聚变8

粒子和宇宙

【学习目标】

1.知道重核的裂变产物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．

【重点难点】1.裂变和核聚变的发生条件2．写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．

【预习导学】

一、核裂变

1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．

2．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，其中一种典型的1144891反应是235 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋30n．

3．链式反应：当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．

4．链式反应的条件：

(1)发生裂变物质的体积大于等于临界体积；

(2)有足够浓度的铀235；

(3)有足够数量的慢中子．

二、核电站

1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成：

(1)燃料：铀棒

(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．

(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．

2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高．

3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．

4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．

三、核聚变

1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的核反应．

3412．举例：21H＋1H―→2He＋0n＋17.6 MeV 3．条件：

－(1)轻核的距离要达到1015__m以内．

(2)需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．

4．氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．

5．热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．

四、粒子和宇宙

1．“基本粒子”不基本

直到19世纪末，人们称光子、电子、质子和中子是基本粒子．

2．发现新粒子

1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等．

3．夸克模型

上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的

21＋或－，每种夸克都有对应的反夸克．

33【课堂学习】

一、核裂变和链式反应

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，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应．

3．能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一般来说，平均每个核子放出的能量约为1 MeV，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．

4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：

23511448912351136901 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋30n； 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋100n 【课堂练习1】

关于重核的裂变，下列说法正确的是(

) A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量

B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少

C．铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量

D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损

借题发挥

重核裂变的实质

(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．

(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．

23592【课堂练习2】用中子轰击铀核( 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(36Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：

－－mU＝390.313 9×1027 kg，mn＝1.674 9×1027 kg；

－－mBa＝234.001 6×1027 kg，mKr＝152.604 7×1027 kg. 试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．

二、核聚变及核能的计算

－1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015

m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．

2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．

3413．聚变方程：21H＋1H―→2He＋0n＋γ. 4．重核裂变与轻核聚变的区别

重核裂变

轻核聚变

重核分裂成两个或多个中等质量的原两个轻核结合成质量较大的原子核，放能原理

子核，放出核能

放出核能

放能多少

聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍

核废料处聚变反应的核废料处理要比裂变反应

理难度

容易得多

【课堂练习3】

以下说法正确的是(

) A．聚变是裂变的逆反应

B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量

C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量

D．裂变与聚变均可释放巨大的能量

【课堂练习4】下列说法不正确的是(

) 3412351140941A.21H＋1H―→2He＋0n是聚变 B. 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋20n是裂变

022642424C. 88Ra―→222 86Rn＋2He是α衰变 D.11Na―→12Mg＋－1e是裂变

借题发挥

主要核反应类型有：

(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．

(2)人工转变：人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．

(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子．

(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．

【课堂练习5】

一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量mT＝3.018 0 u．求：

(1)写出聚变方程；

(2)释放出的核能多大？

(3)平均每个核子释放的能量是多大？

三、新粒子的发现和夸克模型

1．新粒子的发现

(1)1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的粒子叫做超子．

(2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．

2．夸克模型

强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克，夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇21异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的＋或－，每种夸克都33有对应的反夸克．

【课堂练习6】目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成21的．u夸克带电荷量为e，d夸克的带电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的33是(

) A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

【课堂练习7】(2013·广东，17)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应235 92U＋11448910n―→ 56Ba＋36Kr＋30n，下列说法正确的有(

) A．上述裂变反应中伴随着中子放出

B．铀块体积对链式反应的发生无影响

C．铀核的链式反应可人工控制

D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响

【课堂练习8】科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的3143核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋2He―→21H＋2He，关于2He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32He聚变反应发电

【课堂练习9】太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的(

) A．衰变反应 B．人工核反应

C．裂变反应 D．热核反应

34234【课堂练习10】氘核(21H)和氚核(1H)结合成氦核(2He)的核反应方程如下：1H＋1H―→2He＋

10n＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．

(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)．