高中物理 5_3 聚變與受控?zé)岷朔磻?yīng) 5_4核能利用與社會(huì)發(fā)展精品課件 滬科版選修3-5

1、5．3　聚變與受控?zé)岷朔磻?yīng) 5．4　核能利用與社會(huì)發(fā)展,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,,課前自主學(xué)案,,知能優(yōu)化訓(xùn)練,5．3 5．4,,,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道聚變和聚變反應(yīng)的特點(diǎn)．2．能寫出聚變方程并會(huì)計(jì)算聚變能量．3．了解受控?zé)岷朔磻?yīng)．4．了解核能的優(yōu)越性、安全性、廢料處理及核能的合理利用．重點(diǎn)難點(diǎn)：發(fā)生聚變的條件及聚變的特點(diǎn)；熱核反應(yīng)是怎樣發(fā)生的．,課前自主學(xué)案,一、

2、聚變與受控?zé)岷朔磻?yīng)1．更大的能源寶庫(kù)使平均結(jié)合能小的輕核聚合成一個(gè)較重的原子核，同時(shí)會(huì)釋放核能．把這種釋放核能的反應(yīng)稱為____．一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變核反應(yīng)，會(huì)釋放_(tái)_________的能量，平均每個(gè)核子釋放的能量在3MeV以上．海水中含有大量的這種輕核資源．,聚變,17.6 MeV,2．聚變的條件由于這種核反應(yīng)需在幾千萬(wàn)度的高溫下進(jìn)行，因此，聚變又叫________．太陽(yáng)及許多恒星內(nèi)部都在不斷地進(jìn)行著這種熱核反應(yīng)．3

3、．受控?zé)岷朔磻?yīng)科學(xué)家設(shè)想的受控?zé)岷朔磻?yīng)的兩種方案：即______和慣性約束．當(dāng)前受人青睞的受控?zé)岷朔磻?yīng)利用的是磁約束，它是一個(gè)利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體的環(huán)流器．,熱核反應(yīng),磁約束,二、核能利用與社會(huì)發(fā)展1．核能的優(yōu)越性(1)核燃料提供的能量巨大：1 kg鈾全部裂變釋放的能量相當(dāng)于2700 t______完全燃燒放出的能量．(2)核燃料的儲(chǔ)量豐富：1 L海水中含有大約0.03 g氘，它發(fā)生熱核反應(yīng)放出的能量相當(dāng)于300 L____完

4、全燃燒．,標(biāo)準(zhǔn)煤,汽油,(3)核燃料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便．(4)清潔衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境的污染?。翰粫?huì)排放二氧化碳、氮氧化物等．2．核安全性與核廢料處理(1)核電站的安全性能第一道屏障：二氧化鈾陶瓷燃料芯塊，可以把____以上的裂變產(chǎn)物滯留在芯塊內(nèi)，不向外釋放．,98%,第二道屏障：性能良好的鋯合金包殼把燃料芯塊密封在其中，保證______良好．第三道屏障：由反應(yīng)堆壓力容器和冷卻回路構(gòu)成的壓力邊界，保證____的完整性．第四道屏障：由安

5、全殼把整個(gè)反應(yīng)堆壓力邊界內(nèi)的設(shè)備包括在內(nèi)，能承受事故發(fā)生時(shí)的壓力并保證良好的密封性．,密封性,結(jié)構(gòu),(2)核廢料的處理能回收利用的進(jìn)行回收再利用，不能回收的高放射性物質(zhì)固化后____處理．3．科學(xué)家的使命科學(xué)家的責(zé)任感，________曾參與建議美國(guó)政府制造原子彈，為此他在后半生常常責(zé)備自己．4．為和平而努力近年來(lái)，聯(lián)合國(guó)等國(guó)際組織先后通過了一系列條約和協(xié)定，限制各國(guó)制造和使用核武器．,埋藏,愛因斯坦,思考感悟在地球上實(shí)現(xiàn)受

6、控?zé)岷朔磻?yīng)的必要性、可能性和困難是什么？提示：隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的消耗、依賴越來(lái)越大．地球上的能源是有限的，而受控核聚變具有效率高．,核心要點(diǎn)突破,3．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，但是原子核是帶正電的，要使它們接近10－15m就必須克服電荷間很大的斥力作用，這就要求使核具有足夠的動(dòng)能．要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給核加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾千萬(wàn)度的高溫．綜上所述，核聚變只有在超高

7、溫條件下才能發(fā)生．,二、聚變與裂變的區(qū)別重核的裂變、輕核的聚變都能釋放出巨大的核能，但兩者是有區(qū)別的．1．原理不同．2．放出的能量大小不同．3．廢料處理難度不同．4．“燃料”的豐富程度不同．5．兩種反應(yīng)的可控性不同．,特別提醒：可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前正處于探索、實(shí)驗(yàn)階段．,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)以下說(shuō)法正確的是(　　)A．聚變是裂變的逆反應(yīng)B．如果裂變釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量C．聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)千萬(wàn)

8、度以上的高溫，顯然是吸收能量D．裂變與聚變均可釋放巨大能量,解析：選D.A項(xiàng)，從形式上看，裂變與聚變似乎是互為逆反應(yīng)，但其實(shí)不然，因?yàn)槎叩姆磻?yīng)物與生成物完全不同．裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為次輕核，無(wú)直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)．B項(xiàng)，既然裂變與聚變不是互為逆反應(yīng)，則在能量流向上也不必相反．C項(xiàng)，誠(chéng)然要實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百千度高溫提供能量．但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能

9、量．因此，總的來(lái)說(shuō)，聚變反應(yīng)還是釋放能量，故D正確．,課堂互動(dòng)講練,下列關(guān)于聚變的說(shuō)法中，正確的是(　　),A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫(kù)侖斥力做功B．輕核聚變需要幾千萬(wàn)攝氏度的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾千萬(wàn)攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．太陽(yáng)和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng),【精講精析】　輕核聚變時(shí)，必須使輕核之間距離達(dá)到10－15 m，所以必須克服庫(kù)侖斥力做功，A正確；原子核必須有

10、足夠的動(dòng)能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，原子核必須處在幾千萬(wàn)攝氏度下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，故B、C正確；在太陽(yáng)內(nèi)部或其他恒星內(nèi)部都進(jìn)行著熱核反應(yīng)，D正確．【答案】　ABCD,太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段，它主要是由電子和質(zhì)子、氦核等原子核組成．維持太陽(yáng)輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)為兩個(gè)電子與四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)楹ぃ阎?yáng)的質(zhì)量為2×1030 kg，太陽(yáng)向周圍空間輻射能量的總功

11、率為3.8×1026 W.,【思路點(diǎn)撥】　解答本題時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)寫核反應(yīng)方程時(shí)注意元素符號(hào)和兩個(gè)守恒．(2)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，求釋放的核能．(3)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2和ΔE＝Pt求虧損的質(zhì)量．,【規(guī)律總結(jié)】　輕核聚變跟重核裂變一樣，都是釋放核能的核反應(yīng)．計(jì)算核能的方法是，先計(jì)算質(zhì)量虧損，然后由愛因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算核能．,變式訓(xùn)練　4個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核，同時(shí)放出兩個(gè)正電子，釋放出2.8×