1、,第十九章,原子核,目標定位,1.知道重核的裂變反應和鏈式反應發(fā)生的條件. 2.掌握核聚變的定義及發(fā)生條件. 3.會判斷和書寫核裂變、核聚變方程，能計算核反應釋放的能量,學案6核裂變 學案7核聚變 學案8粒子和宇宙,知識探究,自我檢測,閱讀課本“核裂變”，說明： (1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？ 答案鈾核的裂變 核子受激發(fā) 當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀,一、核裂變和鏈式反應,知識探究,問題設(shè)計,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塊，同時放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，

2、裂變反應一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈式反應,(2)重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應中，在自然界中不會自發(fā)地發(fā)生鈾核裂變不會自發(fā)地進行，要使鈾核裂變，首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂產(chǎn)生更多的中子，這些中子繼續(xù)與其他鈾核發(fā)生反應，再引起新的裂變，這樣就形成了鏈式反應,要點提煉,1核裂變 重核被中子轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的，并放出 的過程,新原子核,核能,2鈾核裂變 用 轟擊鈾核時，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是,中子,3鏈式反應 由重核裂變產(chǎn)生的 使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應 4鏈式反應的條件 (1)鈾塊的體積 臨界體積或鈾塊的質(zhì)

3、量 臨界質(zhì)量 (2)有足夠數(shù)量的 中子,中子,大于,大于,慢,1核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是 ，它主要由以下幾部分組成： (1)燃料： (2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應，采用 、重水或普通水作慢化劑； (3)控制棒：采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘 的能力很強的特性，控制鏈式反應的速度,二、核電站,反應堆,鈾棒,石墨,吸收中子,2工作原理 核燃料 釋放能量，使反應區(qū)溫度升高 3能量輸出 利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外 ，把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應堆冷卻 4核污染的處理 在反應堆的外面需要修建很厚的，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線核廢料具有很

4、強的 ，需要裝入特制的容器， ,裂變,循環(huán)流動,水泥層,放射性,深埋地下,三、裂變過程中核能的分析與計算,問題設(shè)計,重核裂變?yōu)槭裁茨茚尫藕四埽咳藗儷@得核能的途徑有哪些？通過圖1說明,圖1,答案中等質(zhì)量的原子核的核子的平均質(zhì)量較小，重核和輕核的核子的平均質(zhì)量較大如果原子序數(shù)較大的重核A分裂成原子序數(shù)小一些的核B和C，會有質(zhì)量虧損，放出巨大的核能 獲得核能的主要途徑：一是重核裂變，二是輕核聚變,要點提煉,鈾核裂變釋放核能的計算 1首先算出裂變反應中的質(zhì)量虧損m. 2根據(jù)計算釋放的核能 計算時要注意m與E單位的對應關(guān)系：若m用kg做單位，則E用J做單位；若m用u做單位，則E用MeV做單位，1 u相當

5、于931.5 MeV的能量,Emc2,3若計算一定質(zhì)量的鈾塊完全裂變時放出的核能，應先算出鈾塊中有多少個鈾核(設(shè)為n)，則鈾塊裂變釋放的核能E.,nE,四、輕核聚變,1聚變 兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應，稱為核聚變聚變反應又稱為熱核反應 2聚變方程,3聚變發(fā)生的條件 要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離 m，這要克服電荷間強大的庫侖斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們加熱，使物質(zhì)達到幾百萬開爾文以上的高溫,1015,4重核裂變與輕核聚變的區(qū)別,中等質(zhì)量,質(zhì)量較大,大,容易,五、粒子,1“基本粒子”不基本 直到19世紀末，

6、人們都認為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒，后來人們發(fā)現(xiàn)了光子、電子、 、 ，并把它們叫做“基本粒子” 2發(fā)現(xiàn)新粒子 1932年發(fā)現(xiàn)了 ，1937年發(fā)現(xiàn)了 ，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和介子及以后的超子等,質(zhì)子,中子,正電子,子,3夸克模型 1964年美國物理學家蓋爾曼提出了強子的夸克模型，認為強子是由 構(gòu)成的,夸克,典例精析,例1關(guān)于重核的裂變，下列說法正確的是() A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量 B中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應 C重核裂變釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)減少 D由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核

7、時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能,一、對重核裂變的理解及核能的計算,解析根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程因而其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量鏈式反應是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，可能碰不到原子核，則鏈式反應就不會發(fā)生在裂變反應中核子數(shù)是不會減少的，,查閱相關(guān)資料可得其中各粒子質(zhì)量分別為 mU235.043 9 u，mn1.008 67 u mSr89.907 7 u，mXe135.907 2 u 質(zhì)量虧損為m(mUmn)(mSrmXe10mn)0.151 0 u 可見鈾

8、裂變的質(zhì)量虧損是遠小于一個核子的質(zhì)量的，核子數(shù)是不會減少的，因此選項A、B、C錯誤 重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于核子平均質(zhì)量減小，發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能綜上所述，選項D正確 答案D,mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg； mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg. 試寫出核反應方程，求出反應中釋放的核能,解析根據(jù)反應前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒就可以寫出核反應方程,根據(jù)核反應前后的質(zhì)量虧損，用愛因斯坦質(zhì)能方程就可求出釋放的核能 則核反應前后的質(zhì)量虧損為 mmUmnmBamKr3mn0.357 81027 kg.

9、Emc20.357 81027(3108)2 J 3.220 21011 J.,二、對輕核聚變的理解及核能計算,例3據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(),C根據(jù)公式Emc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量比裂變反應大得多 D根據(jù)公式Emc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量與裂變反應相同,根據(jù)氫核聚變特點，相同質(zhì)量的核燃料，氫核聚變釋放的能量比裂變反應大得多，故選項C正確 答案AC,例4太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應，這個

10、核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源(已知質(zhì)子質(zhì)量為mH1.007 3 u，氦核質(zhì)量為mHe4.001 5 u，電子質(zhì)量為me0.000 55 u) (1)寫出這個核反應方程 解析由題意可得核反應方程應為,(2)這一核反應能釋放多少能量？ 解析反應前的質(zhì)量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反應后的質(zhì)量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4002 6 u，mm1m20.026 6 u，由質(zhì)能方程得，釋放能量Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV. 答案24.78 MeV,(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.81026 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量

11、為多少千克？ 解析由質(zhì)能方程Emc2得太陽每秒減少的質(zhì)量,答案4.22109 kg,課堂要點小結(jié),1,2,3,4,自我檢測,1(對重核裂變的理解)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鈾核裂變時還能同時釋放數(shù)目不等的中子 C為了使裂變的鏈式反應容易進行，最好用純鈾235 D鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈式反應無影響,解析鈾核受到中子的沖擊，會引起裂變，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比較多，也有的分裂成多塊，并放出數(shù)目不等的中子，鈾235受中子的轟擊時，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子時才能引起裂變，且裂變的幾率小，而要引起鏈式反應，需使鈾塊體積超過臨界體積，故B、C正確 答案BC,1,2,3,4,1,2,3,4,A(Mm1m2)c2B(Mmm1m2)c2 C(Mm1m29m)c2D(m1m29mM)c2,1,2,3,4,解析鈾235裂變時的質(zhì)量虧損：mMmm1m210m Mm1m29m，由質(zhì)能方程可得Emc2(M9mm1m2)c2. 答案C,1,2,3,4,方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：