1、第五节裂变和聚变学习目标重点难点1知道核裂变和核聚变的概念，知道重核裂变和核聚变中能释放出巨大的能量2知道什么是链式反应3知道核聚变反应及受控热核反应4会计算重核裂变、轻核聚变过程中释放出的能量重点：对链式反应的理解及其释放核能的计算以及核反应方程式的书写难点：聚变核反应的特点，聚变反应的条件及核能的利用一、核裂变与链式反应1核裂变：_分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应2链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能_进行下去，源源不断地将_释放出来3铀235与铀238比较（1）天然铀储量：铀238占99.3%，铀235占0.7%（2）与中子的作用特点铀235
2、俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率_铀238只有俘获能量_1 MeV的中子才可能发生裂变，并且几率_，俘获能量低于1 MeV的中子时，不发生裂变，而变为铀239为使链式反应容易发生，最好选用_4一种典型的裂变反应方程UnKrBa_5临界体积：能够发生链式反应的铀块的_体积预习交流为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？二、核聚变与受控热核反应1核聚变两个_聚合成一个_的核的反应2热核反应物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子与原子完全脱离，这时小部分原子核具有足够的_，能够克服核间的_，在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度，因
3、此聚变反应又叫热核反应3普遍性热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的_在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点答案：一、1重核2自发核能3（2）较大大于很小铀23543n5最小预习交流：答案：由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀二、1轻核较重2动能库仑斥力3热核反应堆一、铀核裂变及链式反应1核子是怎样分裂的？发生链式反应为何会有最小体积呢？2为什么铀的同位素中铀235最容易发生链式反应？是不是所有的核裂变都能放出核能？（双选）（
4、2011合肥高二检测）关于重核裂变，以下说法正确的是（）A铀核裂变的产物是多种多样的B铀核裂变时能同时释放出58个中子C为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子D能否发生链式反应与铀块的体积无关（1）重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发地产生裂变（2）用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应反应特点：重核裂变成中等质量的核裂变过程满足质量数和电荷数守恒裂变过程中有质量亏损，放出能量利用裂变产生的中子轰击其他原子，发生链式反应二、对核聚变的理解1（1）从微观和宏观两个角
5、度分析说明核聚变发生的条件是什么？（2）核聚变反应有什么特点？（3）实现热核反应有什么必要性？2氢弹的原理是怎样的？实现热核反应有没有可能？实现热核反应存在的困难是什么？一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量mH1.007 3 u，中子质量mn1.008 7 u，氘核质量m3.018 0 u（1）写出聚变方程；（2）求释放出的核能；（3）求平均每个核子释放的能量1重核裂变和轻核聚变的主要区别：（1）放能原理不同重核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出的核能；而轻核聚变是两个轻核结合成质量较大的原子核放出的核能（2）放能多少不同在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更
6、多的能量（3）可控性不同重核裂变速度比较慢，容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能的目前，除氢弹外，人们还不能控制轻核聚变2可能实现对热核反应的控制方法有：（1）磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质环流器是目前性能最好的一种磁约束装置（2）惯性约束：利用强激光惯性压力约束参加反应的物质1有下列核反应：HeAlPnHHHeFHOHeUnKrBa3n下列说法错误的是（）A是原子核的人工转变的反应方程式B是聚变的核反应方程式C是衰变的反应方程式D是裂变的核反应方程式2（双选）关于聚变，以下说法中正确的是（）A两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B同样质量的物质发出聚变时放出的能量比
7、同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能3已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损m0.215 3 u，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？4氘核（H）和氚核（H）的核反应方程如下：HHHen，该氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，则反应过程中释放的能量为（）A（m1m2m3）c2B（m1m2m4）c2C（m1m2m3m4）c2D（m3m4m1m2）c25已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He核的质量为3.015 0 u（1）写出两个氘核聚
8、变成He的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He核和中子的动能各是多少？提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记知识精华技能要领答案：活动与探究1：1答案：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，这会造成核子间的距离增大，由于核子间的距离增大，所以核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出23个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，就
9、这样裂变会不断地进行下去原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙如果铀块不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去2答案：在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是U，0.7%的是U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同（1）U俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大（2）U只有在俘获的中子的能量大于1 MeV时才能发生核反应，且裂变的几率较小对于低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不能引起核反应故为了使链式反应容易发生，最好用纯度较高的铀235不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大
10、，这样的核反应不但不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量迁移与应用1：AC解析：铀核裂变的产物是多种多样的，常见的反应是教材中所见的两个方程，A项正确铀核裂变时能同时释放出23个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地继续下去，成为链式反应，B项错误，C项正确如果铀块体积不够大，生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，能否发生链式反应与铀块的体积有关，故D错误活动与探究2：1答案：（1）微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即1015 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间
11、巨大的库仑斥力宏观上：要使原子核具有足够大的动能，就得把它加热到几百万摄氏度的高温由于发生聚变的温度极高，因此聚变又叫热核反应（2）在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆（3）实现热核反应是有必要的，原因是：由于地球上化石燃料和裂变材料的储量有限，开发聚变能量非常重要，并且是一项十分紧迫的任务各国科学家都在加紧研究，尽快地在地球上制造出人类自己的“太阳”，缓解甚至消除能源危机的困扰2答案：首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产
12、生的高温高压引发热核爆炸（1）实现热核反应是有可能的，因为地球上储存着丰富的聚变燃料地球上约有138.6亿亿立方米的水，每升水中含有0.03 g氘，大约有40多亿吨氘（2）反应中所用的氚可以利用锂来提取，地球上锂的储量有2 000亿吨，用来抽取氚足以满足聚变的需要实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温迁移与应用2：答案：（1）H2nH（2）6.24 MeV（3）2.08 MeV解析：（1）聚变方程：H2nH（2）质量亏损mmH2mnm（1.007 321.008 73.018 0）u0.006 7 u，释放的核能Emc20.006 7931.5 MeV6.2
13、4 MeV（3）平均每个核子放出的能量为MeV2.08 MeV当堂检测1C解析：我们要对人工转变、聚变、裂变和衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：是人工转变的反应方程式；是聚变的核反应方程式；并不是衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；是裂变的核反应方程式2BD解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A项错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B项正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到1015 m，故要求有足够大的动能才能克服原子
14、核间的斥力做功，故C错、D正确3答案：0.86 MeV解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1 MeV由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：Emc20.215 3931.5 MeV201 MeV铀核中含有235个核子，所以平均每个核子释放的能量为MeV0.86 MeV4C解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m1m2）（m3m4），而不是（m3m4）（m1m2）此反应的质量亏损为mm1m2m3m4，释放的能量Emc2（m1m2m3m4）c25答案：（1）HHHen（2）3.26 MeV（3）0.99 MeV2.97 MeV解析：（1）HHHen（2）核反应中质量亏损m2.013 6 u2（3.015 0 u1.008 7 u）0.003 5 u，释放的核能：Emc20.003 5931.5 MeV3.26 MeV（3）设He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m1v1m2v20，Ek1Ek22Ek0E解方程组可得：Ek1（2Ek0E）（20.353.26）MeV0.99 MeVEk2（2Ek0E）（20.353.26）MeV2.97 MeV
