人教版高中物理选修3-5：核聚变-课件1说课讲解.ppt

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1、人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-53-5：核聚变：核聚变-课件课件1 1原子核的结合能原子核的结合能核子的核子的比结合能比结合能(MeV(MeV)原子核的原子核的结能结能 E(MeV)E(MeV)核核核子的核子的比结合能比结合能(MeV(MeV)原子核的原子核的结合能结合能 E(MeV)E(MeV)核核【思考思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？U-235C-12平均结合能平均结合能1）概念：）概念：

2、原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。平均结合能平均结合能结合能结合能核子数核子数=3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度。它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。平均结合能越大，核越稳定。平均结合能平均结合能核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化z核子平均质量核子平均质量平均结合能平均结合能

3、核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化z 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核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，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释放出核能的反映叫做聚变核核 能能聚变裂变莉泽莉泽迈特纳迈特纳（18781968年）1994年5月IUPAC（国际纯粹化学与应用化学联合会）通过一项决议，建议把第109号元素命名为Meitnerium，以纪念核物理学家LiseMeitner（莉泽迈特纳，18781968）。三次被提名诺贝尔奖铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎片。弗里施借用

4、细胞分裂的生物学名词，把这类人工的核反应使重核分裂成中等质量的原子定名为原子核的裂变。重核（铀核）的裂变重核（铀核）的裂变核裂变1中子中子铀铀-235 原子核原子核氙氙-139原原子核子核锶锶-95 原子核原子核中子中子不带电荷不带电荷 移近移近铀铀原子原子核核时时不受排斥不受排斥中子中子重核（铀核）的裂变重核（铀核）的裂变核裂变1重核（铀核）的裂变重核（铀核）的裂变裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的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：总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：释放出的能量为释放出的能量为核裂变1巨大的核能2000t2106k

5、g煤煤1kg铀铀235中子中子鈾鈾-235-235 核分裂核分裂逃逃逸逸反反应应不不断断自我自我维维持持 链链式反式反应应链式反应链式反应v为了容易发生链式反应，需要选用纯为了容易发生链式反应，需要选用纯U235v足够使足够使U235发生链式反应的最小体积（临发生链式反应的最小体积（临界体积才能保证反应持续下去）界体积才能保证反应持续下去）核裂变应用2裂变可能会有哪些应用呢？裂变可能会有哪些应用呢？原子弹原子弹原子弹原子弹利用核能发电利用核能发电利用核能发电利用核能发电四、裂变的应用：原子弹中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 “小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT

6、当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑 在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡链式反应链式反应应用一、原子弹应用一、原子弹美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达产生的气流、烟尘直冲云天，高达1212英里多广岛市英里多广岛市区区80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，6400064

7、000人丧生，人丧生，7200072000人受伤，人受伤，伤亡总人数占全市总人口的伤亡总人数占全市总人口的53%53%长崎市长崎市60%60%的建筑的建筑物被摧毁，伤亡物被摧毁，伤亡8600086000人，占全市人，占全市37%37%链式反应链式反应应用一、原子弹应用一、原子弹投放在日本广岛的原子弹“小男孩”美军曾在长崎投下的代号为“胖子”的原子弹 可怕的美丽原原子子弹弹之之父父奥奥本本海海默默在在核核爆爆观观测测站站里里感感到到十十分分震震惊惊，他他想想起起了了印印度一首古诗度一首古诗漫天奇光异彩漫天奇光异彩有如圣灵逞威有如圣灵逞威只有一千个太阳只有一千个太阳才能与其争辉才能与其争辉我是死神

8、我是死神我是世界的毁灭者我是世界的毁灭者应用二、核电站v如果要利用核裂变，v就必须控制其能量的释放v即必须控制其核反应的速度核裂变应用2水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒镉棒燃料棒燃料棒铀棒铀棒减速剂减速剂链式反应的应用核电站慢中子反应堆二、核电站二、核电站 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核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，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释放出核能的反映叫做聚变聚变裂变核聚变1轻核：轻核：质量数很小的原子核，质量数很小的原子核，如氢核、氘核等氢氢-3 核核氢氢-2 核核中子中子氦氦-4

9、 He42+H21n10+17.6MeVH31核聚核聚变变核反应过程核反应过程一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时放出一一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时放出一个中子）时，释放个中子）时，释放17.6MeV17.6MeV的能量，平均每个核子放的能量，平均每个核子放出的能量在出的能量在3.5MeV3.5MeV，而裂变反应中平均每个核子释放的能量为而裂变反应中平均每个核子释放的能量为1Mev1Mev聚变反应比裂变反应中平均每个核子释放的能量大聚变反应比裂变反应中平均每个核子释放的能量大3 34 4倍倍释放的能量释放的能量在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂

10、变能释放更多的能量释放更多的能量He42+H21n10+17.6MeVH31氘氘可以从海洋中提取，以可以从海洋中提取，以1 1年消耗年消耗5.65.610105 5kgkg氘计算，氘计算，海洋中的氘估计可使用海洋中的氘估计可使用10101111年。年。氚氚 是放射性核素，天然的氚不存在。是放射性核素，天然的氚不存在。可通过可通过 获得获得或者或者只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便可以只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便可以得到大约得到大约21.6MeV21.6MeV的能量的能量.原材料的获得原材料的获得He42+H21n10+17.6MeVH31废料废料:氦氦-4 沒有放射性的惰性沒

11、有放射性的惰性气体气体废料的处理废料的处理He42+H21n10+17.6MeVH311、必须让轻核的距离非常、必须让轻核的距离非常接近接近10-15m2、必须让轻核具有很大的动能、必须让轻核具有很大的动能需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力反应的条件反应的条件He42+H21n10+17.6MeVH31反应的条件反应的条件 做法是把做法是把轻核轻核变变成成极高温极高温(108 K)！因此，聚变反应又叫因此，聚变反应又叫热核反应热核反应He42+H21n10+17.6MeVH31如何让轻核具有很大的能量？核聚变的利用氢弹弹体引爆装置小型原子弹三种炸药：普通炸药235氘、氚爆炸裂变聚变氘、氚、重氢化钾等铀235外壳普通炸药氢弹爆炸形成的磨姑云氢弹爆炸形成的磨姑云现在的技术还不能控制热核反应。现在的技术还不能控制热核反应。问题有：问题有：、热核反应的的点火温度很高；、热核反应的的点火温度很高；、如何约束聚变所需的燃料；、如何约束聚变所需的燃料；磁场约束磁场约束v研究现状与发展前景