D重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

1、資源信息表標(biāo) 題第十二章 D 重核裂變 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)關(guān)鍵詞 核力 核能 裂變 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)描 述本教學(xué)設(shè)計包括：一、教學(xué)任務(wù)分析二、教學(xué)目標(biāo)三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)四、教學(xué)方法五、教學(xué)資源六、教學(xué)設(shè)計思路七、教學(xué)流程八、教案示例學(xué) 科高中物理二年級 第二冊 第十二章 D節(jié)語 種漢語媒體格式.doc學(xué)習(xí)者學(xué)生資源類型文本類素材課程類型高中基礎(chǔ)型課程作 者李沐東單 位楊浦區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院地 址楊浦區(qū)控江路1535號 200093Email第十二章 D 重核裂變 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)楊浦區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院 李沐東一、教學(xué)任務(wù)分析本節(jié)課的主要內(nèi)容為核力、核能、重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等。是對原子核式結(jié)構(gòu)、天然放射性等知識的深化、總結(jié)和應(yīng)用

2、。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對學(xué)生認(rèn)識核能開發(fā)利用、建立社會責(zé)任感有重要的意義。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容需要有庫侖定律、萬有引力、原子核式結(jié)構(gòu)等方面的知識基礎(chǔ)。本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容包含三大部分：核力核能、重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這三部分內(nèi)容在邏輯關(guān)系上是層層遞進(jìn)的，穿插它們的主線是“人們?nèi)绾卫煤四堋薄＝虒W(xué)中教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生實(shí)際，對知識做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和拓展，使學(xué)生對本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容更容易理解。通過教學(xué)，不僅要學(xué)生了解什么是核能、如何利用核能，更重要的要讓學(xué)生感悟?yàn)槭裁匆煤四?、如何和平的利用核能等科學(xué)態(tài)度問題。建立正確的核利用倫理觀，同時增強(qiáng)社會責(zé)任感。二、教學(xué)目標(biāo)1知識與技能（1）知道核力與核能。（2）知道重核裂變是獲取核能的有

3、效途徑之一。（3）知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。2過程與方法通過核能、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等學(xué)習(xí)過程，感受類比和虛擬實(shí)驗(yàn)的方法。3情感、態(tài)度與價值觀通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，懂得科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，感悟核能的開發(fā)與利用對建立一個和平、和諧社會的重要意義。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：重核裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。難點(diǎn)：重核裂變是如何產(chǎn)生核能的。四、教學(xué)器材和課件“核爆炸”演示錄像；相關(guān)圖片。五、教學(xué)設(shè)計思路本節(jié)包含三部分內(nèi)容：核能、重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。第一部分內(nèi)容的教學(xué)主要解決什么是核能的問題，后兩部分的教學(xué)主要解決如何利用核能的問題。本教學(xué)設(shè)計以壯觀的核爆炸的錄像作為情景引入，在學(xué)生感受核爆炸無與倫比的威力同時，產(chǎn)生探究什

4、么核能、如何利用核能的欲望。若要學(xué)生較清晰的理解什么是核能、以及如何利用核能，需要對核力的知識進(jìn)行適當(dāng)介紹。在本教學(xué)設(shè)計的開始特別的提供了一些數(shù)據(jù)，目的為了讓學(xué)生更好的感受核力的特點(diǎn)。在介紹核力的基礎(chǔ)上，再通過類比的方法，從而使學(xué)生較容易理解核能。在了解了核能后，通過如何利用核能的設(shè)問過渡到重核裂變內(nèi)容的學(xué)習(xí)。但根據(jù)上面核能部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生必然會產(chǎn)生：核裂變應(yīng)該吸收能量，怎么會放出能量的疑問。本教學(xué)設(shè)計是通過一個計算的活動，來解決這個疑問的。有條件的學(xué)?？梢栽诖搜a(bǔ)充平均結(jié)合能的知識。若要持續(xù)、大量的獲得核能，靠單個重核的裂變是不行的，自然過渡到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)部分的學(xué)習(xí)。為了使學(xué)生更容易在腦海中建立微

5、觀世界鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的圖景，教材設(shè)立多米諾骨牌的自主活動，教學(xué)中可以做相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，也可以播放多米諾骨牌的錄像來實(shí)現(xiàn)這個目的。教學(xué)中還可以補(bǔ)充有焰燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行過渡，幫助學(xué)生理解。沒有任何其它形式的能的利用象核能這樣引起人類廣泛的爭議，在本教學(xué)設(shè)計中，通過觀看廣島核爆炸模擬錄像以及就此展開的學(xué)生討論的活動，目的是讓學(xué)生建立起正確對待核能的態(tài)度，首先應(yīng)肯定核能對人類的積極意義，同時也應(yīng)意識到濫用核能對人類帶來的巨大災(zāi)難。本設(shè)計要突出的重點(diǎn)是：重核裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。方法是：通過計算活動，使學(xué)生理解核裂變?yōu)槭裁磿尫懦龊四?。通過多米諾骨牌的自主活動，通過類比的方法，從而使學(xué)生在腦海中建立微觀世界鏈?zhǔn)椒?/p>

6、應(yīng)的圖景。本設(shè)計要突破的難點(diǎn)是：重核裂變是如何產(chǎn)生核能的。方法是：模擬計算活動。完成本設(shè)計的內(nèi)容需1課時。六、教學(xué)流程問題設(shè)問2情景“核爆炸”設(shè)問1活動活動1活動活動2問題問題1問題設(shè)問4問題設(shè)問3臨界體積核力核能重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)拓展練習(xí)活動活動3問題問題2 1、教學(xué)流程圖 2、對流程圖的說明情景 核爆炸錄像播放核爆炸演示錄像，提出設(shè)問1：一次核爆炸釋放的能量大約是等量物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)釋放能量的百萬倍。它是什么能？又是如何產(chǎn)生的呢？問題 設(shè)問2：原子核內(nèi)蘊(yùn)藏著巨大的能量，但人類如何才能利用核能呢？問題 問題1：根據(jù)前面所述，分散的核子結(jié)合成原子核時會釋放能量，那么，重核裂變時為什么會釋放能量呢?

7、活動 計算活動1：計算重核裂變前后的質(zhì)量變化。問題 設(shè)問3：至此，可知裂變是獲得核能的一個重要途徑，那么，這種裂變能否持續(xù)下去，以獲得更多的核能呢？活動 演示、實(shí)驗(yàn)活動2：教材P44自主活動。問題 設(shè)問4：根據(jù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理，似乎任何鈾塊只要有中子進(jìn)入，都能發(fā)生連是反應(yīng)，但事實(shí)并非如此，為什么呢？活動 觀看、討論活動3：觀看廣島核爆炸模擬錄像，并就此展開討論問題 問題2：原子彈是一種劇烈的、不可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，能不能將鏈?zhǔn)椒磻?yīng)置于人為控制之下，將核能緩慢的釋放出來？ 3、教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計可分為四個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)，核能。第二環(huán)節(jié)，重核裂變。第三環(huán)節(jié)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。第四環(huán)節(jié)，討論、拓展

8、。七、教案示例（一） 情景導(dǎo)入情景 觀看核武器爆炸的錄像。設(shè)問1 一次核爆炸釋放的能量大約是等量物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)釋放能量的百萬倍。它是什么能？又是如何產(chǎn)生的呢？（二） 教學(xué)內(nèi)容1、核能（1）核力在接受了原子核由質(zhì)子和中子組成的假設(shè)后，人們不禁要問：帶正電荷的質(zhì)子怎么能聚集在一起呢？因?yàn)椋?dāng)時人們只知道自然界中有兩種相互作用：電磁力和萬有引力。質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10-27kg，半徑為0.8×10-15m，所帶電量為一個基本電荷1.6×10-19庫侖，若核內(nèi)兩個質(zhì)子相距1.0×10-15m，根據(jù)庫侖定律，核內(nèi)的兩質(zhì)子間的斥力會使質(zhì)子以十分驚人的加速度飛散。但

9、通常的原子核卻很穩(wěn)定，這表明，在原子核內(nèi)，除了質(zhì)子間的庫侖力外，還存在另一種力。這種力將各種核子（組成原子核的粒子）緊緊地拉在一起，這種力叫核力。實(shí)驗(yàn)表明，核力具有以下特點(diǎn)：【板書】（或投影）核力是核子之間的作用力。它具有如下特點(diǎn)： 核力是短程力，核力只有在原子核的線度內(nèi)才發(fā)生作用。大體上說核子間的距離在0.82.0fm（1fm=10-15m）之間表現(xiàn)為引力，小于0.8fm表現(xiàn)為斥力，大于10fm時，核力消失。 核力是一種強(qiáng)相互作用，質(zhì)子間產(chǎn)生庫侖斥力，而核力能抗拒庫侖斥力而使質(zhì)子緊密結(jié)合在一起，這說明核力很強(qiáng)。它比庫侖力大100倍。 核力與核是否帶電荷無關(guān)，質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子與中子間均存在

10、的核力。核力的本質(zhì)，目前認(rèn)為是一種交換力。目前以介子場論作為核力的基本理論，它能作出很多有價值的定性說明，但是這種理論還不完備，還存在嚴(yán)重的困難。核力的本質(zhì)，還沒有一個比較完美的理論來說明，關(guān)于核力的本質(zhì)仍有待深入研究。（2）核能圖1：鈾核裂變示意圖由于原子核內(nèi)的核子間存在著強(qiáng)大的核力，若要把原子核拆散成核子，需要克服核力做極大的功，或者說需要有外界給以巨大的能量才能“轟開”原子核。反之，如果要把分散的質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核，就會放出能量。（就如同一顆人造衛(wèi)星在擺脫地球的吸引力飛到太空中的過程中要消耗大量的能量，而天外隕石落到地球上來會釋放出大量的能量一樣。）這表明，分散的核子結(jié)合成原子核時要

11、放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣多的能量，這個能量叫做原子核的結(jié)合能。原子核發(fā)生變化時，可能吸收能量，也可能釋放能量。這種釋放出的能量，通常叫做核能?！景鍟浚ɑ蛲队埃┰雍税l(fā)生變化時放出或吸收的能量叫做核能。設(shè)問2 原子核內(nèi)蘊(yùn)藏著巨大的能量，但人類如何才能利用核能呢？2、重核裂變所謂的重核，就是質(zhì)量數(shù)較大的核。重核的裂變是1939年德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼，用中子轟擊鈾核時發(fā)現(xiàn)的。鈾核的裂變過程可以由圖1來示意，當(dāng)中子打進(jìn)鈾核后，就形成處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中的核子由于激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則形狀，核子間距離增大。由于核力只在極短的距離內(nèi)發(fā)生作用，核力迅速減小，因而

12、不能克服核子間的庫侖斥力使核恢復(fù)原狀，核就分裂成兩部分，放出幾個中子，并伴有巨大的能量放出。【板書】（或投影）重核受到其它粒子（如中子）轟擊時分裂成兩塊或兩塊以上中等質(zhì)量的核的過程稱為裂變。問題1 根據(jù)前面所述，分散的核子結(jié)合成原子核時會釋放能量，那么，重核裂變時為什么會釋放能量呢?活動1 假定鈾235吸收一個中子后，裂變成一個溴85核和一個鑭148核，同時放出三個中子。鈾235的質(zhì)量為235.124，溴85的質(zhì)量為84.938，鑭148的質(zhì)量為147.96，中子的質(zhì)量為1.009。請考察鈾核裂變前后質(zhì)量總和的變化。同學(xué)計算：裂變前的質(zhì)量總和為：235.1241.009236.133；裂變后的

13、質(zhì)量總和為：147.9684.9383×1.009235.925；裂變過程中質(zhì)量的減少為：236.133235.9250.208。這些損失的質(zhì)量到哪兒去了呢？ 根據(jù)愛因斯坦相對論可知，它們變成了能量。愛因斯坦推導(dǎo)出一個著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式：Emc2，其中c是光速，m是靜止物體的質(zhì)量，E是靜止物體所含的能量。由這個公式可以方便地計算出鈾核裂變放出的能量約為194兆電子伏。近似地說來，每次裂變大約釋放200兆電子伏的能量。這個數(shù)值是非常巨大的，比如說，1克鈾235完全裂變所釋放的能量，相當(dāng)于2,000,000克（2噸）優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時所釋放的能量。也就是說，裂變能大約要比化學(xué)能大二百萬倍！

14、設(shè)問3 至此，可知裂變是獲得核能的一個重要途徑，那么，這種裂變能否持續(xù)下去，以獲得更多的核能呢？3、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（1）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)活動2 P44頁“自主活動”。得出當(dāng)?shù)谝粔K骨牌傾倒，會導(dǎo)致其它骨牌接連傾倒，形成連鎖反應(yīng)。鈾核裂變時，一是放出中子，二是放出巨大的能量，這兩種可貴的性質(zhì)緊緊地吸引著人們的注意力。人們特別感興趣的是每次裂變究竟能放出多少個中子，因?yàn)檫@關(guān)系到究竟能否實(shí)現(xiàn)持續(xù)的核裂變。經(jīng)過許多科學(xué)工作者的努力，很快就確定了每個鈾235核發(fā)生裂變時平均約放出2.5個中子。大自然為我們作了這具有特殊意義的安排：次級中子數(shù)大于1！從而使鈾核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)成為不平凡的發(fā)現(xiàn)。一個鈾核在一個中子作用下發(fā)生裂

15、變，如果裂變時放出兩個次級中子，這兩個次級中子又引起兩個鈾核發(fā)生裂變，放出四個次級中子，這四個中子再引起四個鈾核發(fā)生裂變。如此下去，反應(yīng)的規(guī)模將自動地變得越來越大，一幅鈾核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的圖景（如圖2），立即展現(xiàn)在我們面前，它吸引了多少科學(xué)家??！確實(shí)，科學(xué)家們?yōu)閷?shí)現(xiàn)核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使之造福于人類，而付出了巨大的勞動。圖2：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖【板書】（或投影）重核裂變時放出的中子引起其它重核的裂變，可以使裂變不斷進(jìn)行下去，這種反應(yīng)就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。設(shè)問4 根據(jù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理，似乎任何鈾塊只要有中子進(jìn)入，都能發(fā)生連是反應(yīng)，但事實(shí)并非如此，為什么呢？這是因?yàn)?，鈾塊的體積對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也是一個重要因素。因?yàn)樵雍朔浅Ｐ?，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過時，可能還沒有碰到一個鈾核就跑到鈾塊外面去了。【板書】（或投影）能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。如果鈾235的體積超過臨界體積，只要有中子進(jìn)入，就會立即引起鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在極短時間內(nèi)釋放出大量核能，發(fā)生猛烈的爆炸。原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。圖3是我國第一顆原子彈地面爆炸時產(chǎn)生的火球照片。圖3：我國第一顆原子爆炸的情景活