【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-5课件：4.2 核裂变 (19张)

高中物理·选修3-5·鲁科版第4章核能第2节核裂变[目标定位]1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量.2.知道什么是链式反应.3.会计算重核裂变过程中释放出的能量.4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．一、重核的裂变1．定义：重核用中子轰击，分裂成质量相近的两部分，并释放的核反应过程叫做核裂变，核裂变释放的能量，称为裂变能，也称为或．预习导学能量核能原子能预习导学2．铀核的裂变(1)两种常见的核反应方程：23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋(2)铀核裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约为.210n310n1MeV二、链式反应1．链式反应：当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出，放出的再引起其他铀核，且能不断地继续下去，形成链式反应．2．发生条件(1)有持续不断的中子源．(2)达到体积．预习导学2～3个中子中子裂变临界三、裂变反应堆1．核反应堆：用人工的方法控制链式反应的速度，能维持和控制的装置，叫做核反应堆．2．组成：核反应堆包括、、.和等部分．其中堆芯又由、和.组成．预习导学核裂变堆芯中子反射层控制系统防护层燃料棒减速剂冷却剂(1)燃料：；(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用、或作减速剂；(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉的特性，就可以容易地控制链式反应的速度.预习导学铀棒石墨重水普通水吸收中子强一、对裂变概念的理解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．课堂讲义课堂讲义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1MeV，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t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：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n；23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n课堂讲义【例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．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损课堂讲义答案D解析重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误．课堂讲义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，根本原因是重核的平均结合能相比中等质量的核的平均结合能要小．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．课堂讲义二、裂变反应中释放核能的计算【例2】一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子．(1)写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能．已知mU＝235.04394u，mXe＝138.91844u，mSr＝93.91557u，mn＝1.008665u.(2)计算1kg铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热值为2.93×107J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？答案见解析课堂讲义解析计算重核裂变释放的核能，首先写出正确的裂变方程式，计算出裂变后的质量亏损Δm，然后将Δm代入爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，计算出裂变释放的核能．(1)核反应方程为23592U＋10n―→13954Xe＋9438Sr＋310n.该反应的质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mXe＋mSr＋3mn)＝(235.04394＋1.008665)u－(138.91844＋93.91557＋3×1.008665)u＝0.1926u，所以，一个铀核裂变释放的核能为ΔE＝0.1926×931.5MeV＝179.4MeV.课堂讲义(2)1kg铀中含有的铀核数为N＝1000235NA＝1000235×6.02×1023＝2.562×1024(个)．1kg铀完全裂变共释放的能量为E＝N·ΔE＝2.562×1024×179.4MeV＝4.60×1026MeV.相当于完全燃烧的煤的质量为m＝Eq＝4.60×1026×106×1.6×10－192.93×107kg＝2.51×106kg＝2510t.课堂讲义借题发挥裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒．由爱因斯坦质能方程得释放的核能ΔE＝Δmc2.铀的摩尔质量为235g/mol,1mol铀含6.02×1023个铀核，1kg铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和．课堂讲义针对训练用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案10n＋23592U―→14156Ba＋9236Kr＋310n3.2202×10－11J课堂讲义解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋23592U―→14156Ba＋9236Kr＋310n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.3578×10－27kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(3×108)2J＝3.2202×10－11J.再见