《高二物理备课导学案（人教版2019选择性必修第三册）》5.4-5.5 核裂变与核聚变、“基本”粒子（解析版）

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第 4、5 节　核裂变与核聚变、“基本”粒子
【知识梳理与方法突破】
1.重核裂变的理解
（1）重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，
放出更多的中子的过程。
（2）重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质
量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于
它俘获中子时得到的能量。
（3）铀的同位素中铀 235 比铀 238 更易发生链式反应。
2.常见的裂变方程
（1）
❑92
235 U+❑0
1n →❑54
139 Xe+❑38
95 Sr+2❑0
1n
（2）
❑92
235 U+❑0
1n →❑56
144 Ba+❑36
89 Kr +30
1n
3.核电站的主要组成及其作用
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀 235，它的主要部件如表：
部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的材
料
石墨、重水或普通水（也叫
轻水）
镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳
作用 降低中子速度，便于铀 235
吸收
吸收中子，控制反应
速度
把反应堆内的热量传
输出去
屏蔽射线，防止放射性
污染
4.反应堆工作原理
（1）热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：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（重水）为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便
于铀 235 吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。
（2）控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。采用电子仪器自动调节控制棒
插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
（3）冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循
环流动，把热量传输出去，用于发电。
（4）保护层：发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射
到外面。
5.核聚变的特点
（1）从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
（2）在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出更多的能量。
（3）热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
（4）普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
6.核聚变的应用
（1）核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高
温高压引发热核爆炸。
（2）可控热核反应：目前处于探索阶段。
7.粒子的分类
分类 参与的相互
作用
发现的粒子 备注
强子参与强相互质子、中子 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分
作用 为介子和重子两类
轻子 不参与强相
互作用
电子、电子中微子、
μ
子、
μ
子中微
子、
τ
子、
τ
子中微子
未发现内部结构
规范玻
色子
传递各种相
互作用
光子、中间玻色子、胶子光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相
互作用，胶子传递强相互作用
希格斯
玻色子
希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
2012 年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子
【例】我国秦山核电站第三期工程中有两组 60 万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 的裂变，下
列说法正确的是（　　）
A．原子核中有 92 个质子，143 个中子
B．的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为 U＋n→ Xe＋Sr＋2 n
C．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45 亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个 裂变能放出 200 MeV 的能量，约3.2×10－11 J
【答案】ABD
【详解】A．由 的质量数等于中子数加质子数的关系可知，A正确；
B．由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；
C．半衰期不受外界因素干扰，只与核本身有关，C错误；
D．因为 200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，D正确。故选 ABD。
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