高中物理 5.4 核裂變與核聚變教案 新人教版選擇性必修第三冊版高二第三冊物理教案

核裂變與聚變【教學目標】一、知識與技能1知核裂變的概念知重核裂變中能釋放出巨大的能量。2．知道什么是鏈式反應3．了解核聚變的特點及條件。4．了解可控熱核反應及研究和發(fā)展。二、過程與方法1．過核平質與原子序數(shù)關系的理解，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力及應用教學像處理物理問題的能力。2．過學自閱課本，查閱資料，培養(yǎng)學生歸納與概括知識的能力和提出問題能力。三、情感、態(tài)度與價值觀1．發(fā)生愛學探求真理的激情，樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生基本的學素養(yǎng)過核能的利用思科學與社會的關系。2．過學讓生識到和平利用核能及開發(fā)新能源的重要性。3．立界物的物質是運動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點?！窘虒W重點】1．重核裂變的核反應方式的書寫。2．核聚變的特點和條件【教學難點】核聚變的特點和條件。【教學過程】一、復習提問、新課導入教師大都道第次世界大戰(zhàn)即將結束的時候美國于1945年8月6日日后在日本的廣島長上空投下了兩顆原子彈，剎那間，這兩座曾十分美麗的城市變成一片廢墟。大家還知道目前世界上有少數(shù)國建成了許多核電站國相建成了浙江秦山核電站和廣東大灣核電站等我現(xiàn)大一定想知道原子彈爆炸及核發(fā)電的理，那么，我們這節(jié)課就來學習裂變，

通過學習，大家就會對上問題有初步的了解。播放視頻示子彈爆的過程及原子彈爆炸后形成的慘景的片段。學生觀原彈炸過程并成裂變能放出巨大能量的初步認識。點評激起生動求知識的欲望從為下一步進行教學活動奠定一個良好的基。二、新課教學（一）核裂變的發(fā)現(xiàn)1934年約奧居夫婦發(fā)現(xiàn)?子轟擊鋁片首次制造出人工放射性同位素。費米知后，想到用中子作為入射粒子比??粒子有效得多。費米與其合作者使用中子照周期表的順序依次轟擊各種元素，輻照了有種素其中47種產(chǎn)新的放射性產(chǎn)物。費米用中子轟擊當時最重元素238U，得到一種半衰期為13分鐘的一種放射性產(chǎn)物過析發(fā)現(xiàn)不屬于從鉛到鈾之間的重元素1934年5月費米以原子序數(shù)高于92的元素可能生成》為題，報道可能產(chǎn)生超鈾元（費米的解釋是錯誤的，實際上是核裂變現(xiàn)象“13分的放射性與多重元素等同的否定證據(jù)，提示了這樣的可能性：元素的原子數(shù)也許大于92。果它是號素它應在化學上與錳及錸類德國女化學家諾達（F.Noddack對費米的發(fā)現(xiàn)在1934年9月表《論第93號元為米等人采用“排除其他可能性的方法”來證明第93號元素的存在“決非成功的設一“全新的核反應”圖像：“可以想象，當重核被中轟擊時，該核可能分裂成幾大塊，這些裂片無疑將是已知元的同位素不被輻照元素的近鄰然而，諾達克的論文沒有到重視。費米認為石或水中質子與中子的質量相近放射源發(fā)射的中子與質子碰撞后，速大大減慢。中子速度低，被原子核俘獲的機會增大，核反應概率大，發(fā)射性的生成大大增加。慢中子作用的發(fā)現(xiàn)大增強了中子轟擊的效果對重核裂變的發(fā)現(xiàn)提供了重要前提。

1．核裂變提問：核裂變的特點是什？讓學生閱讀課本核裂變部內容分組討論每小組由一位同學陳述小組討論的結。學生回答：重核分裂成質較小的核的反應，稱為裂變。教師總結：重核分裂成質較小的核，釋放出核能的反應，稱為裂變。提問：是不是所有的核裂都能放出核能？讓學生閱讀有關核子平均量有補充材料分組論每一小組由一位同學陳述小組論的結果。學生回答：只有核子平均量減小的核反應才能放出核能。點評：有利于培養(yǎng)學生合式學習的能力。知識總結：不是所有的核應都能放出核能，有的核反應，反應后生成物的質量比反應的質量大，這樣的核反應不放出能量，反而在反應過程中要吸收量的能量有核裂變和輕核聚變能放出大量的能量。點評：個人及小組的競爭活躍課堂氣氛，激活學生思維，增加學習的趣味性。2．鈾核的裂變鈾核的裂變的一種典型反。提問鈾的變產(chǎn)是多樣的最典型的一種核反應方程式是什么樣的？讓學生閱讀課本核裂變部內容，分小組討論。每一小組由一位同學陳述組討論的結果。學生回答：。裂變中釋放出巨大的能量上述裂變中裂后總量于裂變前的總質量，質量損：。釋放出的能量為：。1kg鈾235全裂時出的能量就相當于2800t標煤全燃燒時釋放的化學能！3．鏈式反應提問：鏈式反應是怎樣進的？學生回答種重核裂產(chǎn)生的中子使裂變反應一代接一代

繼續(xù)下去的過程，叫做核變的鏈式反應。點評：學生用自己的語言述，基本正確即可。（1）界積（臨界質提問：什么是臨界體積（界質量）？學生回答常裂變物能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體積，相應的質叫做臨界質量。裂變質量虧損：。知識總結重裂變產(chǎn)的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程做核裂的鏈式反應裂物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界積鈾裂變的產(chǎn)物不同釋放的能量也不同。（2）發(fā)生鏈式反應的條：鈾塊的質量大于臨界質量，或者鈾塊的體積大于臨界體積4．教師簡單介紹原子彈原子彈是利用重核裂變的式反應制成的極時間內能夠釋放大量核能，發(fā)生猛烈炸。試驗中產(chǎn)生了上千萬度的溫和數(shù)百億個大氣壓，致使一座30米的鐵塔被熔化為體，并在地面上形成一個巨大的彈坑。在半徑為400米范圍內沙石被熔化成了黃綠色的玻璃狀物質，半徑為米范內，所有的動物全部死亡。“原子彈之父奧海在核爆觀測站里感到十分震驚他起了印度一首古詩天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個太陽，才能與其爭輝。我死神，我是世界的毀滅者美國原子彈突襲廣島和長造成了巨大的毀傷長投擲的原子彈爆炸后形成的蘑菇云團炸產(chǎn)生的氣流塵直沖云天，高達12英多市80%的建筑化為灰燼人喪生人受傷，傷亡總人數(shù)占全總人口的53%，崎市的筑物被摧毀，傷亡人占全市37%。展示中國第一顆原子彈爆蘑菇云發(fā)展圖。5．核襲擊的防護（1）爆瞬時效應防①利用工事進行掩蔽。②在開闊地面上的人員核爆閃光時即背向爆心臥倒，可減輕傷害。

（2）射沾染防護①避開在沾染區(qū)或高照射率的地區(qū)行動。②及時穿戴個人防護器材防止人體受沾染。③人員通過沾染區(qū)時盡量坐車輛沾區(qū)作業(yè)時要盡量縮短時間。④進入沾染區(qū)執(zhí)行任務的員可用抗輻射藥減少放射性物質在人體內的存留。（二）反應堆與核電站提問：核反應堆各組成部在核反應中起什么作用？讓學生閱讀課本核電站部內容分組討論每小組由一位同學陳述小組討論的結。學生回答：鈾棒由濃縮鈾成，作為核燃料。學生回答：控制棒由鎘做，用來控制反應速度。學生回答減劑石重或普通有時叫輕水做成，用來跟快中子碰撞使中子能量減少變慢中子以便讓U235俘獲。學生回答冷劑水液態(tài)的金屬鈉等流體做成在應內外循環(huán)流動，把反應堆的熱量傳輸出，確保反應堆的安全。學生回答水防層來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線防止核輻射。教師（提問能電優(yōu)點、缺點？學生回答：1．優(yōu)點：①污染小；②采儲量大；③比較經(jīng)濟。2．點①旦泄會造成嚴重的核污染；②核廢料處理困難。點評：學生用自己的語言述，基本正確即可。教師（補充解用變反應堆的類型：秦山二期、大亞灣二期是水堆，秦山三期是沸水堆。（三）核聚變提問：請同學們閱讀課本回答什么叫核聚變？1．兩個輕核結合成質量大的核，這樣的反應叫做聚變。提問什輕核的聚變應能夠比重核的裂變反應釋放更多的核能？學生分析為輕的原核比較重的原子核核子的平均質量

更大聚成質量較大原子核能產(chǎn)生更多的質量虧損所平每個核子釋放的能量就更。根據(jù)所給數(shù)據(jù)，計算上面反應放出的能量：氘核的質量：m=2.014102uD氚核的質量：m=3.016050uT氦核的質量：m=4.002603uα中子的質量：m=1.008665un歸納補充：（1）核變反應：（2）放量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂反應釋放能量的3～4倍。核聚變是不是很容易發(fā)生？核聚變可沒那么簡單！提問：核聚變發(fā)生的條件什么？學生閱讀教材，分析思考歸納總結并分組討論。得出結論。2．變件參反的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即-15m！要使原子核接近到這種程須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖力。3．實現(xiàn)的方法：（1）加器加速原子。人工核反應：利用加速器氘加速到所需的能量（約72KeV)，轟擊含氚的靶。這種方法起聚變的幾率極低（約百萬分之一（2）原核加熱到很的溫度。將一團氘和氚核約束起來保持一定的密度將加到億度的超高溫，使其在極時間內一起發(fā)生聚變。4．聚變反應的特點：聚變反應一旦發(fā)生就再需要外界給它能量靠身生熱就可以維持反應持續(xù)進下去。核聚變又叫熱核反應。5．實例：（1）陽部和許多恒內部溫度高達107K以，反就是熱核反應的實例。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二

十億分之一。太陽在“核燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰轉為能量的物質是400萬以個速度，太陽至今已經(jīng)將約100個地球質量的物質轉化成了能量?？茖W家估計，太陽的種“核燃燒”還能維持50億60億。當然，與人類歷史相比，個時間很長很長?。?）核武器——氫彈！短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。上世紀五十年代，人們利核聚變反應制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈氫彈是利用熱核反應造的一種在規(guī)模殺傷武器在其中進行的是不可控熱核反應，它威力是原子彈的十幾倍。提問：氫彈爆炸原理是什？學生閱讀教材：課本氫彈理圖，它需要用原子炸藥來引爆，以獲得熱核反應所需要的溫這些原子炸藥又要用普通炸藥來點燃。6．聚變與裂變相比的優(yōu)提問：目前，人們還不能制核聚變的速度，但科學家們正在努力研究和嘗試可控熱核應以核聚變造福于人類我在方面的研究和實驗也處于界領先水平。請同學們自學教材，了解變與裂變相比有哪些優(yōu)點？優(yōu)點之一：輕核聚變產(chǎn)能率高。點拔：氫聚變平均每個核放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時平均每個核子釋放能量約為1MeV。優(yōu)點之二：地球上聚變燃的儲量豐富。點撥每水就有氘球上有138.6億方的水，大約有40萬億氘氚可以利用鋰來制取，地球上鋰儲量有2000億。優(yōu)點之三：是輕核聚變反更為安全、清潔。點撥：實現(xiàn)核聚變需要高，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應就自動終止了另氘氚聚變反應中產(chǎn)生的氦是沒有放射性的放性廢物主要泄漏的氚以及聚變時高速中子質與他物質反應而生成的放射物質，比裂變所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。7．目前還不能控制熱核應的主要問題：（1）核應的點火溫很高；

（2）何束聚變所需燃料；（3）反應裝置中的氣體度要很低，相當于常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一。8．實現(xiàn)核聚變的兩種控方案：（1）約：利用磁場約束參加反應的物質。視頻學習通了我在可控熱核反應方面的成就激發(fā)學生的愛國熱情和獻身科學能力。（2慣約束利強光的慣性壓力約束參加反應的物質。【練習鞏固】1．關于重核的裂變，以說法中正確的是（）A．鈾235被中子轟擊后會分裂成兩塊質量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B．鈾235被中子轟擊二者都會發(fā)生分裂C．要使鈾塊發(fā)生鏈式反，其體積必須足夠大D．鈾235分裂成兩個中質量的核，比結合能減小，放出核能答案：2．現(xiàn)已建成的核電站發(fā)的能量來自于（）A．天然放射性元素衰變出的能量B．人工放射性同位素放的能量C．重核裂變放出的能量D．化學反應放出的能量答案：3．關于核聚變，以下說正確的是（）A．與裂變相比輕核聚變射極少，更為安全、清潔B．世界上已經(jīng)有利用核變能來發(fā)電的核電站C．要使輕核發(fā)生聚變，須使它們的距離達到m以內，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易制答案：4．關于輕核聚變釋放核，下列說法正確的是（）A．一次聚變反應一定比次裂變反應釋放的能量多B．聚變反應比裂變反應個核子釋放的平均能量一定大C．聚變反應中粒子的比合能變小

D．聚變反應中由于形成量較大的核，故反應后質量變大答案：5．國新代聚裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了EAST”裝置具良好的整體性能，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億氏度，這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平肥成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置并能實運行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富氘的質量為m的量m12的質量為m，質子的質量m，下列說法中正確的是（）34A．兩個氘核聚變成一個所生的另一個粒子是質子B．兩個氘核聚變成一個