人教版 (2019)選擇性必修 第三冊核裂變與核聚變多媒體教學課件ppt

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊核裂變與核聚變多媒體教學課件ppt，共34頁。PPT課件主要包含了獲取核能有哪些方法，輕核聚變，重核裂變，核裂變的發(fā)現(xiàn)，原子核，核裂變，二分裂，三分裂，四分裂，鏈式反應等內(nèi)容，歡迎下載使用。
如果使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，核子都將發(fā)生質量虧損，釋放出能量。
較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢？
1938年底，德國物理學家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的過程中發(fā)現(xiàn)，生成物中有原子序數(shù)為56的元素鋇。
奧地利物理學家邁特納和弗里施對此做出了解釋，鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質量差不多的碎塊。弗里施借用細胞分裂的生物學名詞，把這類核反應定名為核裂變。
核裂變：使一個重核分裂成中等質量原子核的過程。
⑴鈾核裂變的一種典型情形
⑵鈾核的三分裂、四分裂
1947年我國著名物理學家錢三強、何澤慧夫婦在巴黎首先觀察到中子轟擊鈾核的三分裂和四分裂現(xiàn)象。
鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，其他裂變方程還有:
當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，這種反應叫核裂變的鏈式反應。
鈾塊體積要大于臨界體積。
純U235的臨界體積球形直徑4.8cm，臨界質量1kg。
原子核的體積非常小，原子內(nèi)部的空隙很大，如果鈾塊不夠大，中子在鈾塊中通過時，就有可能不到鈾核而跑到鈾核外面去，鏈式反應不能繼續(xù)。只有當鈾核足夠大時，裂變產(chǎn)生的中子才有足夠的概率打中某個核，使鏈式反應進行下去。
（1）原子彈如何獲取核能？（2）原子彈的燃料有哪些？如何獲取燃料？（3）原子彈的內(nèi)部結構？（4）原子彈如何釋放核能？
探究原子彈的工作原理：
原子彈是利用重核的裂變反應制成的,高純度的鈾或钚超過臨界體積時發(fā)生鏈式反應,在極短時間內(nèi)能夠釋放大量核能，發(fā)生猛裂爆炸。
通過可控制的鏈式反應來釋放核能的裝置。
⑵慢化劑：使裂變產(chǎn)生的快中子減速，常用的慢化劑有石墨、重水或普通水。
⑶控制棒：利用鎘棒吸收中子的能力很強來控制反應速度。鎘棒插入的越深，吸收的中子就越多，鏈式反應的速度就越慢。
⑷水泥防護層：屏蔽射線防止放射性污染。
原子核的鏈式反應可以在人工控制下進行，使核能較平緩地釋放出來，這樣釋放的核能就可以為人類的建設服務。
第一回路：核燃料發(fā)生核裂變使反應區(qū)溫度升高。水或者液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外循環(huán)流動，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。
第二回路：反應堆放出的熱使水變成水蒸氣，這些高溫高壓的蒸汽驅動汽輪發(fā)電機發(fā)電。
核電站如何將核能輸送出去？閱讀教材，總結第一回路和第二回路的功能？
一個鈾235核裂變時釋放的能量如果200MeV估算，1kg鈾235全部裂變時放出的能量就相當于2800t標準煤完全燃燒時釋放的化學能!
（1）優(yōu)點：①污染小；②可采儲量大；③比較經(jīng)濟。 （2）缺點：①一旦核泄漏會造成嚴重的核污染； ②核廢料處理困難。
兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫做核聚變。
一個氘核與一個氚核結合成一個氦核時（同時放出一個中子），釋放17.6MeV的能量，平均每個核子放出的能量在3MeV以上，比裂變反應中平均每個核子放出的能量大3-4倍，核反應方程：
要使輕核發(fā)生核聚變，必須使它們的距離達到10-15 m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。也就是說，原子核要有很大的動能才會“撞”到一起。什么辦法能使大量原子核獲得足夠的動能而發(fā)生核聚變呢？
當物質的溫度達到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發(fā)生核聚變。因此，核聚變又叫熱核反應。熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應繼續(xù)下去。
將物質加熱到很高的溫度108～109K
2、核聚變普遍存在于宇宙中
科學家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億—100億年。當然，與人類歷史相比，這個時間很長很長！
熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達107K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量。
太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉化為能量的物質是400萬噸。
3、核聚變的利用——氫彈
1967年6月17日，我國首枚氫彈爆炸成功
帶電粒子運動時在均勻磁場中受洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場來約束參加反應的物質。
中國科學院的環(huán)流器裝置
用激光或X射線從各個方向照射參加反應的物質，使它們“擠”在一起。由于聚變反應的時間非常短，聚變物質因自身的慣性還來不及擴散就完成了核反應。
（1）產(chǎn)能效率高：核聚變比核裂變反應中平均每個核子放出的能量大3-4倍。（2）燃料儲量豐富：每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬億噸氘。氚可以利用鋰來制取，地球上鋰儲量有2000億噸。（3）聚變安全清潔：高溫不能維持反應就能自動終止，聚變產(chǎn)生的氦是沒有放射性的。放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質子與其他物質反應而生成的放射性物質，比裂變所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。
可控核聚變（熱核反應）的優(yōu)越性：
『判一判』(1)只要鈾塊的體積大于臨界體積，就可以發(fā)生鏈式反應。(　　)(2)中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應。(　　)(3)重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質量虧損，所以核子數(shù)要減小。(　　)(4)核反應堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度。(　　)(5)核反應堆用過的核廢料無毒無害。(　　)
【例題】我國核聚變反應研究大科學裝置“人造太陽”(如圖)2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術基礎.下列關于聚變的說法正確的是（ ）A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前增加D.兩個輕核結合成質量較大的核，核子的比結合能增加
與核裂變相比輕核聚變更為安全、清潔，A正確；自然界中最容易發(fā)現(xiàn)的聚變反應是氫的同位素氘與氚的聚變，不是任意兩個原子核都能發(fā)生核聚變，B錯誤；兩個輕核發(fā)生聚變結合成質量較大的核時，放出巨大的能量，根據(jù)E＝mc2可知，聚變反應中存在質量虧損，則總質量較聚變前減少，C錯誤；兩個輕核結合成質量較大的核的過程中要釋放能量，核子的平均質量減少，核子的比結合能增加，D正確。
【例題】一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成一個氦核和一個中子，同時放出一個γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的質量分別為m1、m2、m3、m4，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法中正確的是（ ）A.這個反應的核反應方程是B.這個核反應既不是聚變反應也不是裂變反應C.輻射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2
核反應方程滿足質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，故A正確；該反應為聚變反應，故B錯誤；聚變反應中虧損的質量轉化為能量，以光子的形式放出，故光子能量為E＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C錯誤；
1、 (多選)關于重核裂變的說法正確的是(　　)A.重核裂變?yōu)閮蓚€中等質量的核時，重核的中子數(shù)要比裂變后的兩個中等質量核的中子數(shù)多B.只要用中子轟擊鈾塊，就一定能發(fā)生鏈式反應C.為了使裂變的鏈式反應容易發(fā)生，不能利用裂變時產(chǎn)生的中子D.裂變過程中釋放能量，質量虧損
2、鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈式反應的重要因素，下列說法正確的是(　　)A.鈾塊的質量是重要因素，與體積無關B.為了使鈾235裂變的鏈式反應容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子C.若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈式反應就能夠發(fā)生D.裂變能否發(fā)生鏈式反應與鈾塊的質量無關
3、如圖所示是慢中子反應堆的示意圖，對該反應堆的下列說法中正確的是(　　)A．鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應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C．控制棒由鎘做成，當反應過于激烈時，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些D．要使裂變反應更激烈一些，應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，鏈式反應的速度就會快一些
4、關于核反應堆，下列說法正確的是(　 　)A.鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能
5、關于核聚變的說法正確的是(　　)A.聚變是裂變的逆反應B.如果裂變釋放能量，則聚變反應一定吸收能量C.聚變反應須將熱核燃料加熱到數(shù)百萬度以上的溫度，顯然是吸熱反應D.聚變和裂變都可以釋放出巨大的能量
6、關于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是(　　)A.一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多B.聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大C.聚變反應中粒子的比結合能變小D.聚變反應中由于形成質量較大的核，故反應后質量增加