高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

‎6 重核的裂变 ‎ 互动课堂 疏导引导 ‎1.对铀核裂变的正确理解 ‎（1）发现：1938年底德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步.‎ ‎（2）核反应方程：.‎ ‎(3)裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核 .复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，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2~3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能.这就叫链式反应，如图‎19-6-1‎所示.‎ 图‎19-6-1‎ ‎（4）临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积.要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀核时碰不到铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积.‎ ‎2.重核裂变的和平应用——核电站 在核电站中，核反应堆是热源，如图1962为简化的核反应堆的示意图：‎ 图‎19-6-2‎ 铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%~4%）制成.石墨（或重水）为减速剂，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围.镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒.控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反应速度加快.采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作.‎ 核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水或液态钠作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电.发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面.‎ 活学巧用 ‎【例1】 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，但只能裂变成两种不同的核 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，最好用纯铀235‎ D.铀块的体积对产生链式反应无影响 思路解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，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1 MeV以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小；引起链式反应，须使铀块体积大于临界体积.故选项B、C正确.‎ 答案：BC ‎【例2】 核反应堆的燃料是_________，石墨、重水等作为_________使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收；用镉棒_________以控制核反应的_________‎ ‎，再用水等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量.‎ 思路解析：在核反应堆中的核燃料是铀235，用石墨、重水等作减速剂，用镉棒来吸收中子，以控制反应速度.‎ 答案：铀235　减速剂　吸收中子　速度 ‎【例3】 每昼夜消耗‎220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？（每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV）‎ 思路解析：‎220 g铀235中含铀核数量为 N=×6.02×1023=5.64×1023个 N个铀核裂变放出能量为 E=5.64×1023×200 MeV=1.13×1026 MeV 转化成电能 E电=E×25%=2.83×1025 MeV ‎=2.83×1025×106×1.6×10-19J=4.53×1012 J 一昼夜时间为t=24×3 600 s=86 400 s 所以电功率P=W=5.24×107 W.‎ 答案：5.24×107 W ‎【例4】 静止在匀强磁场中的一个核俘获了一个速度为v=7.3×‎104 m/s的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核.测得α粒子的速度为2×‎104m/s,方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直.求：‎ ‎（1）写出核反应方程.‎ ‎（2）画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）.‎ ‎（3）求α粒子与新核轨道半径之比.‎ 思路解析：（1）由质量数守恒和电荷数守恒得：‎ ‎（2）由于α粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们旋转方向都是顺时针方向，示意图如右.‎ 图‎19-6-3‎ ‎（3）由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是‎103 m/s方向和α粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式可求得它们的半径之比是120∶7.‎ 答案：（1）‎ ‎（2）如图‎19-6-3‎ ‎（3）120∶7‎