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新课标人教版课件系列

《高中物理》

选修 1-2

3.4 《裂变和聚变》

教学目标

一、核裂变

１、核裂变概念；

２、铀核的裂变；

３、链式反应 二、核聚变

1

、 轻核的聚变（热核反应）

2

、发生聚变的条件

3

、实现的方法有

:

三、受控热核反应——核聚变的利用 三、受控热核反应——核聚变的利用

物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释 放出核能的反应叫做核裂变．

一 . 核裂变

1.

核裂变

2

、铀核的裂变

（

1

）发现

1939

年

12

月，德国物理学家哈恩和他的助手 斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发 生了裂变。

（

2

）裂变产物 多种多样

235

U

92

+

¹₀

n →

¹⁴⁴₅₆

Ba +

⁸⁹₃₆

Kr + 3

¹₀

n

235

U

92

+

¹₀

n →

¹⁴¹₅₆

Ba +

⁹²₃₆

Kr + 3

¹₀

n

请计算铀裂变时释放的能量

kg

m

_u

 390 . 3139  10

^27

m

_n

 1 . 6749  10

^27

kg

kg

m

_Ba

 234 . 0016  10

^27

m

_kr

 152 . 6047  10

^27

kg

已知铀核裂变的反应：

235

U

92

+

¹₀

n →

¹⁴¹₅₆

Ba +

⁹²₃₆

Kr + 3

¹₀

n

求：（

1

）该核反应释放的能量

（

2

）平均每个核子释放的能量

1kg 铀全部裂变，它放出的能量超过 2000t

优质煤完全燃烧时释放的能量．



用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的 中子又引起了其他铀核的裂变，也就是

中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应链式反应．． 3 、链式反应

 由裂变重核裂变产生的中子使反应一代 由裂变重核裂变产生的中子使反应一代 接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式 接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式 反应． 反应．

 使裂变物质能够发生链式反应的最小体 使裂变物质能够发生链式反应的最小体 积叫做它的

积叫做它的 临界体积 临界体积 ，相应的质量叫做 ，相应的质量叫做 临界 临界 质量 质量 。 。

发生链式反应的条件：

铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大 于临界体积。

原子弹 原子弹

原子弹 原子弹

“ 小玩意儿”钚装药重 6.1 千克， TNT 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．

“ 原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十 分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，

有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．

我是死神，我是世界的毁灭者．”

原子弹 原子弹

原子弹 原子弹



美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的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 毁伤．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 云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达 11 22 英里多．广岛市区英里多．广岛市区 80%80% 的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬， 6464 000000 人丧生，人丧生， 7200072000 人受伤，伤亡总人数占全人受伤，伤亡总人数占全

市总人口的

市总人口的 53%53% ．长崎市．长崎市 60%60% 的建筑物被摧毁的建筑物被摧毁

，伤亡，伤亡 8600086000 人，占全市人，占全市 37% 37% ．．

原子弹 原子弹

原子弹 原子弹

原子弹 原子弹 原子弹 原子弹

在山田须磨子（一位当年的爆炸目击 者）的一幅画：在遥远的广岛上空，

原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光 芒。

广岛红十字医院里，一个严重 烧伤的学生仰面躺在一张草席 上。他的五官几乎全被原子弹 爆炸产生的热浪抹掉了。四天 后他死了。

倒塌的钢架结构建筑物

原子弹 原子弹 原子弹 原子弹

中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图

氘核 氚 核

氦 -4 中子

核聚变

1

、 轻核的聚变（热核反应）

某些轻核能 够结合在一 起，生成一 个较大的原 子核，这种 核反应叫做 聚变。

二、核聚变

轻核的聚变 :

n He

H

H ² _{1 2} ³ ₀ ¹

2

1   

n He

H

H ³ ₁ ⁴ _{2 0} ¹

2

1   

根据所给数据 , 计算下面核反应放出的能量 :

n He

H

H ³ ₁ ⁴ _{2 0} ¹

2

1   

氘核的质量： m

_D

＝ 2.014102u 氚核的质量： m

_T

＝ 3.016050u 氦核的质量： m

_α

＝ 4.002603u

中子的质量： m

_n

=1.008665u

2 、发生聚变的条件 :

使原子核间的距离达到 10

^-15

m

3 、实现的方法有 :

1 ）用加速器加速原子核；

２）把原子核加热到很高的温度；

10

⁸

～ 10

⁹

K

不经济

聚变反应又叫热核反应

２）把原子核加热到很高的温度；

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 Ｕ

235

氘、氚

爆炸 裂变 聚变

氘、氚、重 氢化钾等

铀

235

外壳

普通炸药

n He

H

H ³ ₁ ⁴ _{2 0} ¹

2

1   

氢弹爆炸形成的磨姑云

热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。

三、受控热核反应——核聚变的利用 三、受控热核反应——核聚变的利用 三、受控热核反应——核聚变的利用 三、受控热核反应——核聚变的利用

可控热核反应将为人类提供巨大的能源 , 和平利用聚变产生的 核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国 环流器 1 号”已取得不少研究成果 .

 能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺；

 反应物质量相同的情况下聚变放出的能量比裂变多；

 热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比

。

现在的技术还不能控制热核反应。

问题有：

２、如何约束聚变所需的燃料；

磁场约束

１、地球上没有任何容器能够经受 如此高的温度；

惯性约束 现在的技术还不能控制热核反应。

问题有：

１、地球上没有任何窗口能够经受 如此高的温度；

２、如何约束聚变所需的燃料。

核聚变普遍存在于宇宙中

太 阳的中心 发生 核聚变，放出巨大

能量，太阳 ；这个 天然的的核聚 变

过程已经发生 了好几 十 亿年。