高中物理第5章核能与社会5.2裂变及其应用学案沪科版选修3_5

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1、5.2　裂变及其应用学习目标重点难点1．知道重核裂变能放出巨大的能量。2．记住链式反应发生的条件。3．会计算重核裂变过程释放的核能。4．知道核电站的工作模式。重点：计算重核裂变过程释放的核能。难点：核反应堆的结构、原理。一、铀核的裂变1．核裂变：重核分裂为中等质量的核，释放出核能的反应。2．中子轰击铀－235，使铀核分裂为两个质量差不多的新原子核，同时放出几个中子。预习交流1铀核裂变产生的两个新原子核是唯一确定的吗？答案：铀核裂变产生的新原子核是多种多样的，有时裂变为氙（Xe）和锶（Sr），有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）

2、，有时裂变为锑（Sb）和铌（Nb），有时还可以分裂为3个或4个原子核。二、链式反应及其条件1．链式反应：铀核裂变时放出2到3个中子，这些中子又轰击其他铀核，使裂变反应不断进行下去，这种反应叫链式反应。2．链式反应的条件：裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。若要链式反应持续发生，裂变物质的体积（或质量）要大于或等于临界体积（或临界质量）。预习交流2为什么铀核俘获一个中子发生裂变后，还会引起其他铀核也发生一连串裂变呢？答案：因为铀核俘获一个中子发生裂变时，会放出2～3个中子，这些中子又会轰击其他铀

3、核，使之发生裂变。三、裂变反应堆1．裂变反应堆的基本构造：裂变材料（核燃料）、慢化剂（减速剂）、控制棒、反射层、热交换器和防护层。2．裂变反应堆的常见类型：重水堆、高温气冷堆、快中子增值反应堆。3．核电站的工作模式：以核反应堆为能源，用它产生高温、高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电。预习交流3原子弹和核电站一样都是利用铀核裂变释放能量的，为什么原子弹不需要设置镉棒控制核反应速度？答案：原子弹需要在极短时间内释放出全部核能，发生猛烈爆炸，故不需要用镉棒吸收中子控制反应速度。一、铀核裂变及链式反应要使铀核裂变的核反应持续

4、进行下去，有必须满足的条件吗？答案：要使铀核裂变持续进行下去，必须满足铀核的体积（或质量）要大于或等于其临界体积（临界质量）。如果铀块的体积太小，小于铀块的临近体积，则铀核裂变放出的中子会逸出铀块，从而中断核反应的持续发生。关于铀核裂变，下述说法正确的是（　　）。A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀－235D．铀块的体积对产生链式反应无影响答案：BC解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，

5、但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，浓缩的的铀－235更好，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。故上述选项B、C正确。重核裂变的规律：1．反应特点：重核裂变成两个或三个中等质量的核。2．裂变过程满足质量数守恒和电荷数守恒。3．裂变过程有质量亏损，放出核能。4．利用裂变产生的中子轰击其他铀核，能引起链式反应。二、核反应堆核反应堆的目的是让核能平稳、可控地

6、释放出来。你能对核反应堆的结构及作用做一个梳理吗？答案：核反应堆的结构及作用：组成部分材料作用裂变材料（核燃料）浓缩铀（U）提供核燃料慢化剂（减速剂）石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害在可控制反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。中子在重水中可与H核碰撞减速，在石墨中与C核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。其反应堆中快中子与静止的靶核发

7、生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好？答案：见解析解析：设中子质量为Mn，靶核质量为M，由动量守恒定律：Mnv0＝Mnv1＋Mv2由能量守恒：Mnv＝Mnv＋Mv解得：v1＝v0在重水中靶核质量：MH＝2Mn，v1H＝v0＝－v0，在石墨中靶核质量：MC＝12MB，v1C＝v0＝－v0与重水靶核碰后中子速度减小，故重水减速效果更好。1．核电站的核心部分是核反应堆，在核反应堆中，持续进行着人工控制的核裂变链式反应，裂变释放的核能通过蒸汽轮机转化为电能。2．在常规能源日趋紧张的情形

8、下，大力发展新能源是世界各国共同面临的挑战，而新能源利用中比较成熟的铀核裂变转变的电能占有较大的份额，核电站发展最好的法国，核电比例已达总发电量的76%。1．利用重核裂变释放核能时选用铀－235核，主要原因是（　　）。A．它裂变放出核能比其他重核裂变多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体