高二物理-选修3-5核裂变与核聚变(课堂PPT).ppt

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1、核裂变和核聚变核裂变和核聚变1复习复习:1、完成下列的核反应方程式：、完成下列的核反应方程式：22 2、核反应遵循的基本规律：、核反应遵循的基本规律：质量数和电荷数都守恒质量数和电荷数都守恒3 3、核反应的能量来源分析：、核反应的能量来源分析：爱因斯坦的相对论指出爱因斯坦的相对论指出,物体的能量荷质量之物体的能量荷质量之间存在着密切的联系间存在着密切的联系.4 4、质能方程：、质能方程：E Emcmc2 2 E Emcmc2 23一一.利用核能的途径利用核能的途径要质量有亏损，是利用核能的先决条件。要质量有亏损，是利用核能的先决条件。核反应前物质的核子数和反应后的核子数核反应前物质的核子数和反

2、应后的核子数相等相等。要实现要实现“反应后的质量反应前的质量反应后的质量反应前的质量”，如果，如果我们引进我们引进“核子平均质量核子平均质量”，则核反应前核子平均质，则核反应前核子平均质量比反应后的核子平均质量量比反应后的核子平均质量较大较大。1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用中子中子 轰击轰击 ，竟然产生出了，竟然产生出了 4奥地利物理学家迈特纳和弗里施发现奥地利物理学家迈特纳和弗里施发现 被轰击后产被轰击后产生出一种同位素生出一种同位素 ，形状也变得不稳定，并最终分，形状也变得不稳定，并最终分裂为两块碎片，同时放出中子裂为两块碎片，

3、同时放出中子弗里施觉得这个现象和细胞的分裂比较像，所以把这弗里施觉得这个现象和细胞的分裂比较像，所以把这个核反应命名为个核反应命名为核裂变核裂变5二二.重核裂变重核裂变-以铀核的裂变为例以铀核的裂变为例（1 1）一种典型的铀核裂变）一种典型的铀核裂变 裂变产物不是唯一确定的，有时还会发生三分裂裂变产物不是唯一确定的，有时还会发生三分裂和四分裂。我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇和四分裂。我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇19461946年年在巴黎首次发现了铀的三分裂和四分裂。但是，铀的在巴黎首次发现了铀的三分裂和四分裂。但是，铀的的三分裂和四分裂概率是相当小的的三分裂和四分裂概率是相当小的.二分裂二分

4、裂6请计算铀裂变时释放的能量请计算铀裂变时释放的能量求：（求：（1）该核反应释放的能量）该核反应释放的能量 （2）平均每个核子释放的能量）平均每个核子释放的能量E=200.55MeV1kg 含有含有2.561024个个 ，如果全部发生核裂，如果全部发生核裂变，放出的能量为变，放出的能量为8.21013J7（2 2）链式反应：）链式反应：+3?8由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应继续下去的过程，叫做核

5、裂变的链式反应继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的它的它的它的临界体积临界体积临界体积临界体积，相应的质量叫做，相应的质量叫做，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量临界质量临界质量临界质量。发生链式反应的条件：发生链式反应的条件：1、铀块的纯度必须足够高；、铀块的纯度必须足够高；2、铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于、铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。临界体积。一块铀会不会因为不知道从哪儿飞来的一块中子就

6、引一块铀会不会因为不知道从哪儿飞来的一块中子就引发链式反应呢发链式反应呢?大约大约1kg或直径或直径4.8cm的球形铀块的球形铀块9(3)(3)重核裂变的应用重核裂变的应用核电站核电站核心设施：核反应堆核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒浓缩铀制成的铀棒减速剂：减速剂：石墨、重水或普通水，用于减石墨、重水或普通水，用于减小中子的速度小中子的速度控制棒：镉，用于控制棒：镉，用于 吸收中子，控制吸收中子，控制核反应的快慢。核反应的快慢。原子弹：原子弹：不可控的核反应不可控的核反应1011原子弹爆炸时的蘑菇云原子弹爆炸时的蘑菇云“小男孩小男孩”（前）和（前）和“胖子胖子”1213三、轻核聚变三、轻核

7、聚变 某些轻核结合成质量较大的核的核反应过某些轻核结合成质量较大的核的核反应过程，同时放出大量的核能。程，同时放出大量的核能。例：例：14计算表明，这个核反应释放的能量是计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 17.6MeV。这个。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV201MeV）少，）少，但平均每个核子产生的能量但平均每个核子产生的能量=3.52MeV=3.52MeV却是铀裂变（却是铀裂变（=0.852MeV=0.852MeV）的约）的约4 4倍。倍。151 1、轻核聚变的条件：、轻核聚变的条件：核子要距核子要距离离十分近十分近加热加热

8、高温高温热核反应热核反应几百万度几百万度高温高温条件、应用条件、应用使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达到到1010-15-15m m的距离。的距离。为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动能。能。一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要几百万度以上的高温。几百万度以上的高温。为了获取高热，常常使用重核裂变作为为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子引子”。所。所以，原子弹可以作为氢弹的以，原子弹可以作为氢弹的“雷管雷管”。16氢弹氢弹世界第一颗氢

9、弹世界第一颗氢弹麦克麦克“麦克麦克”爆炸爆炸成功成功我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云17四、热核反应四、热核反应1.1.学生阅读解决学生阅读解决(1)(1)什么是热核反应什么是热核反应(2)(2)太阳的能源来自热核反应太阳的能源来自热核反应(3)(3)什么是可控热核反应什么是可控热核反应(4)(4)氘核氘核,氚核的来源氚核的来源2 2、热核反应的优点：热核反应的优点：（1 1）热核反应释放的能量比裂变大得多。）热核反应释放的能量比裂变大得多。（2 2）反应后的废物较易处理。）反应后的废物较易处理。（3 3）原料易得。）原料易得。18例例1 1、已知氘核质量为、已知氘

10、核质量为2.0136u2.0136u，中子质量为，中子质量为1.0087u 1.0087u 核的质量为核的质量为3.0150u3.0150u。求：。求：（1 1）写出两个氘核聚变成）写出两个氘核聚变成 的核反应方程式的核反应方程式（2 2）计算上述核反应中释放的核能。）计算上述核反应中释放的核能。23 He23 He【分析分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。程即可求出反应释放的核能。解答：解答：（1）（2 2）由题给条件可求得质量亏损为：）由题给条件可求得质量亏损为：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u释放的核能为释放的核能为E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV19