19.6重核的裂变

导入新课在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。原子弹在日本广岛爆炸广岛原子弹爆炸后的惨景大亚湾核电站泰山核电站目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站。第十九章原子核第一节原子核的组成教学目标1、知识与技能知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。知道什么是链式反应。会计算重核裂变过程中释放出的能量。知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。2、过程与方法通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及以及应用。教学图像处理物理无问题能力。通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。3、情感态度与价值观激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。教学重难点重点链式反应及其释放核能的计算。重核裂变的核反应方程式的书写。难点通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。本节导航一、核裂变二、核电站一、核裂变1、核反应电子原子核在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核子的平均质量与原子序数有如图的关系：核子的平均质量是：原子核的质量核子数OZABCDEFFe核子平均质量2、裂变和聚变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变。〓聚变〓裂变两种铀矿石（放大10000倍）3、铀核的裂变|1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：U23592n10+→Ba14156Kr9236++n310裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：kg103578.0Δ27mMeV201ΔΔ2mcE释放出的能量为4、链式反应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。（图下图所示）5、临界质量使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。6、原子弹内爆式原子弹内爆式原子弹结构示意图枪式原子弹二、核电站解决能源危机根本途径——核能可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。核聚变资源可使用几亿年。链式反应的应用——核电站慢中子反应堆。核反应堆的装置首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。水泥防护层控制棒——镉棒燃料棒—铀棒减速剂核反应堆示意图热交换器核电站原理示意图核电站工作流程示意图第一回路第二回路核电站工作的流程：第一回路中水被泵压入反应堆，通过堆芯时利用反应放出的热水来增加水的内能，水的温度升高。后来，第一回路的水进入热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵圧回到反应堆里。在热交换器里，第二回路的水被加热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。动画：重核的裂变演示课堂小结1、核反应原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。2、裂变和聚变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变。3、链式反应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。（图下图所示）4、临界质量使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。高考链接1、（2001·广东理科综合·20）原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是（）A.105B+10n→73Li+42HeB.23892U→23490Th+42HeC.147N+42He→178O+11HD.23592U+n→14156Ba+9236Kr+310nD2、（2001·广东理科综合·18）关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下面说法中正确的是()A．它们都是利用核聚变释放原子能的B．它们都是利用核裂变释放原子能的C.两者的核燃烧都是纯铀235D．一座是利用核裂变一座是利用核聚变释放原子能B3、（1995·全国·1）关于原子反应堆，下面哪种说法是错误的()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能.B．镉棒的作用是控制反应堆.C．石墨的作用是吸收中子.D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出内能.C课堂练习1、下列核反应中，表示核裂变的是（）238234492902UThHeA14140671CNeB2351141921920563603UnBaKrnC941214260BeHeCnDC2、原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要有哪四部分组成（）A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、冷热系统和传热系统C．原子燃料，调速剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料，中子源、原子能聚存系统和输送系统A3、重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两条途径，下面说法中正确的是（）A.裂变过程和聚变过程都要有质量亏损B.裂变过程有质量亏损，聚变过程没有质量亏损C.裂变过程没有质量亏损，聚变过程有质量亏损D.裂变过程和聚变过程都没有质量亏损A4、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2×1010J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600J=2.592×1013J.每年的发电量W总=365W=9.46×1015J而1g铀完全裂变时产生的能量为8.2×1010J.所以，每年消耗的铀的量为152109.46101.15108.210mkgkg教材习题解答1、答：重原子核受到中子的轰击后分裂成两个或两个以上中等质量原子核的现象，成为重核的裂变，由重核裂变产生的中子使得裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做和裂变的链式反应。2、答在核反应堆中，主要通过调节控制棒的位置来控制核裂变的速度。3、解：衰变后的质能亏损为0.0053u根据质能方程得到释放的能量为4934Mev。4、提示：（1）中子与原子相碰撞，系统的合外力为零，动量守恒。（2）中子每次与原子核相互碰撞的情景都一样，由于没碰一次，中子的速度大小都变为碰前的11/13因此碰撞n次后中子的速度还是原来的11/13根据碰撞前后的动量守恒知至少要经过42次的碰撞。5、衰变后的质量亏损为0.0000968×10-25kg释放能量为8.712×10-13J。6、解：年发电量为9.4608×1015J每年消耗铀量为115kg。