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1、高中物理高中物理选修选修3-5鲁科版鲁科版第第4章核能章核能 第第3节核聚变节核聚变 第第4节核能的利用与环境保护节核能的利用与环境保护 目标定位目标定位1.了解聚变反应的特点及其条件了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展了解可控热核反应及其研究和发展.3.了解核了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类电站的构造和基本原理，了解核武器的种类.4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施了解核能利用的优势、危害及其防护措施预习导学预习导学一、轻核聚变一、轻核聚变1定定义义：轻轻核核聚聚合合成成 引引起起结结合合能能变化的核反应，称变化的核反应，称 为轻核聚变为轻核聚变2核
2、反应举例核反应举例 .3 能能 量量 变变 化化：轻轻 核核 聚聚 变变 后后，平平 均均 结结 合合 能能 ，反应中，反应中 会会 能量能量较重核重核 增加增加 释放放 预习导学预习导学二、可控热核聚变反应二、可控热核聚变反应1热热核核聚聚变变反反应应的的条条件件：必必须须使使原原子子核核的的距距离达到离达到 m 以以下下，使使核核具具有有足足够够的的 ，轻轻核核才才能能够发生聚变够发生聚变2约约束束聚聚变变材材料料的的方方法法：、三、核能的利用与环境保护三、核能的利用与环境保护1核核电电站站，是是利利用用核核能能发发电电，它它的的核核心心设设施施是是 ，核，核 电电站站就就是是将将反反应应
3、堆堆释释放放的的 能能转转化化为为电能的发电厂电能的发电厂1015 动能能 引力引力约束束 磁磁约束束 惯性性约束束 核反核反应堆堆 核核2核武器核武器原子弹和原子弹和氢弹氢弹是众所周知的两种核武器是众所周知的两种核武器(1)原原子子弹弹：是是一一种种没没有有减减速速剂剂、不不加加控控制制的爆炸性的爆炸性 反应反应 装置装置(2)氢氢弹弹：是是一一种种靠靠 、不不需需人人工工控制而实现控制而实现 的的 反应装置反应装置预习导学预习导学链式式 惯性性约束束 聚聚变 3核能的优势与危害核能的优势与危害(1)优优势势：核核能能发发电电比比燃燃煤煤发发电电的的成成本本低低；核电站对环境污染比燃煤发电小
4、得多核电站对环境污染比燃煤发电小得多(2)危害：核废料具有高放射性危害：核废料具有高放射性.预习导学预习导学一、核聚变及核能的计算一、核聚变及核能的计算1聚变发生的条件：聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使要使轻核聚变，必须使轻核接近到核力发生作用的距离轻核接近到核力发生作用的距离1015 m内，内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能要使原子核具有足够核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温百万开尔文的高温课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义课
5、堂讲义4重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变与轻核聚变的区别反应方式反应方式比较项目比较项目重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变放能原理放能原理重核分裂成两个或多个重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放中等质量的原子核，放出核能出核能两个轻核结合成质量较两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能大的原子核，放出核能放能多少放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大大约要大34倍倍核废料核废料处理难度处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多课堂讲义课堂讲义【例例1】以下说法正确的是以下说法正确的是()A
6、聚变是裂变的逆反应聚变是裂变的逆反应B如如果果裂裂变变释释放放能能量量，则则聚聚变变反反应应必必定定吸收能量吸收能量C聚聚变变须须将将反反应应物物加加热热至至数数百百万万开开尔尔文文以上的高温，显然是吸收能量以上的高温，显然是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量裂变与聚变均可释放巨大的能量答案答案D课堂讲义课堂讲义解析解析A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同裂变是重核分裂成中等核和生成物完全不同裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关，而聚变则是
7、轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应；联，并非互为逆反应；B选项既然裂变与聚变选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反；不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反；C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大量但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量因此，总的来说，聚变反应于所吸收的能量因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故还是释放能量，故D项对项对课堂讲义课堂讲义【例例2】一一个个质质子子和和两两个个中中
8、子子聚聚变变为为一一个个氚氚核核，已已知知质质子子质质量量mH1.007 3 u，中中子子质质量量mn1.008 7 u，氚核质量，氚核质量m3.018 0 u求：求：(1)写出聚变方程；写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？平均每个核子释放的能量是多大？答案答案见解析见解析课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义借题发挥借题发挥轻核聚变释放核能的计算方法轻核聚变释放核能的计算方法(1)根据质量亏损计算根据质量亏损计算根根据据爱爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损(m)的的千千克克数数乘乘以以真真
9、空空中中的的光光速速(c3108 m/s)的平方，即的平方，即Emc2.(2)根根据据1原原子子质质量量单单位位(u)相相当当于于931.5 MeV能能量量，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损的的原原子子质质量量单单位位数数乘乘以以931.5 MeV，即即Em的的数数值值931.5 MeV注注意意：式式中中m的的单单位位为为kg，E的的单单位位是是J；式；式中中m的单位是的单位是u，E的单位是的单位是MeV.课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义答案答案(1)聚变聚变(2)放出减少放出减少31029课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义答案答案D解解析析A选选项项中中是是两两个个质质
10、量量较较轻轻的的核核结结合合成成了了一一个个质质量量较较重重的的核核，是是聚聚变变反反应应，故故A选选项项正正确确；B选选项项的的核核反反应应中中是是铀铀核核捕捕获获中中子子裂裂变变为为两两个个(或或更更多多)中中等等质质量量的的核核，并并放放出出几几个个中中子子，是是裂裂变变反反应应，故故B选选项项正正确确；在在C选选项项的的核核反反应应中中没没有有中中子子的的轰轰击击自自发发地地放放出出了了粒粒子子，是是衰衰变变，C选选项项是是正正确确的的；而而D应应是是衰衰变变，不不正确；故答案为正确；故答案为D.课堂讲义课堂讲义借题发挥借题发挥主要核反应类型有：主要核反应类型有：(1)衰衰变变：衰衰变
11、变是是原原子子核核自自发发转转变变为为另另一一种种核核并辐射出并辐射出或或粒子粒子(2)人人工工转转变变：人人工工转转变变常常用用粒粒子子(也也可可用用质质子子、中中子子等等)轰轰击击原原子子核核，该该核核捕捕获获粒粒子子后后产产生新原子核，并放出一个或几个粒子生新原子核，并放出一个或几个粒子(3)核核裂裂变变：核核裂裂变变时时铀铀核核捕捕获获中中子子裂裂变变为为两两个个(或多个或多个)中等质量的核，并放出几个中子中等质量的核，并放出几个中子(4)核聚变：轻核聚合成中等质量的核反应核聚变：轻核聚合成中等质量的核反应课堂讲义课堂讲义答案答案BD解析解析选项选项A、D为原子核的人工转变，选为原子核的人工转变，选项项B为轻核聚变，选项为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故为原子核的衰变，故选项选项B、D正确正确.再见再见