人教版高中物理选修3-5教案

例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW,如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2?1010 J,并且假定产生的能量都变成了电能,那么,每年要消耗多少铀235?(一年按365天计算)

解:核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J.

每年的发电量W总=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为 8.2×1010 J. 所以,每年消耗的铀的量为

9.46?1015m?kg?1.15?102kg108.2?10

19.7 核聚变

1.聚变及其条件

两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫做聚变。 (1)氢的聚变反应: 2231 1H+1H→1He+1H+4 MeV、2341

1H+1H→2He+0 n+17.6 MeV

(2)释放能量:ΔE=Δmc2=17.6 MeV,平均每个核子释放能量3 MeV以上,约为裂变反应释放能量的3~4倍

得出结论

微观上:参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围,即10-15 m,要使原子核接近到这种程度,必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

宏观上:要使原子核具有如此大的动能,就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 强调:聚变反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去,在短时间释放巨大的能量,这就是聚变引起的核爆炸。

2.可控热核反应

(1)聚变与裂变相比有很多优点

目前,人们还不能控制核聚变的速度,但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应,以使核聚变造福于人类。

例:一个氘核和一个氚核发生聚变,其核反应方程是21H+31H→42He+10n,其中氘核的质量:mD=2.014 102 u、氚核的质量:mT=3.016 050 u、氦核的质量:mα=4.002 603 u、中子的质量:mn=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg,e = 1.602 2×10-19C,请同学们求出该核反应所释放出来的能量。

根据质能方程,释放出的能量为:

0.0186?1.6606?10?27?(3?108)2?E??mc?(mD?mT?m??mn)c?eV?17.6MeV

1.6022?10?1922聚变与裂变相比,(1)、轻核聚变产能效率高。(2)地球上聚变燃料的储量丰富。(3)轻核聚变反应更为安全、清洁。

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