高中物理第4章核能4.3核聚變4.4核能的利用與環(huán)境保護(hù)教案魯科版選修

●課標(biāo)要求知識與技能過程與方法情感態(tài)度與價值觀

第3核變第4節(jié)能的利用與環(huán)境保護(hù)1.了解聚變的特點(diǎn)及條件．2．了解核反應(yīng)堆和核電站的基原理．3．了解核能利用的優(yōu)勢、危害其防護(hù)措施．通過讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力.1.通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識科學(xué)技術(shù)的重要性，更加熱愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)．2.認(rèn)識核能的和平利用能為人類福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力●課標(biāo)解讀1．了解聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條．2．了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究發(fā)展，知道核電站的工作模式．3．知道輕核的聚變能夠釋放出多的能量，如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景．●教學(xué)地位輕核的聚變也是核能釋放的一條途徑變反應(yīng)中均每個核子放出的結(jié)合能要比裂變中平均每個核子釋放的能量大得多要讓學(xué)生知道聚變反應(yīng)要求條件很高學(xué)正在研究和實驗可控?zé)岷朔磻?yīng)的裝置時還要讓學(xué)生了解熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的太陽和許多恒星內(nèi)部就進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)自然界中的熱核反應(yīng)不是人為控制的國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的實驗處于世界前列．有關(guān)核反應(yīng)及核電站的內(nèi)容學(xué)生初中已學(xué)過中好指導(dǎo)學(xué)生閱讀有關(guān)核反應(yīng)堆和增殖反應(yīng)堆的內(nèi)容時學(xué)生樹立一種觀念一分為二的看清事物能以造福人類，但也潛伏著對人類的危害和對環(huán)境的破壞作.●新課導(dǎo)入建議問題導(dǎo)入大海航行靠舵手物長靠太有太陽球上就不可能有姿態(tài)萬千的生命現(xiàn)象，當(dāng)然也不會孕育出作為智能生物的人類．太陽是靠什么為地球生命提供巨大的能量呢？●教學(xué)流程設(shè)計課前預(yù)習(xí)安排：1.看教材2.填寫【課前自主導(dǎo)學(xué)】同之間可進(jìn)行討論步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地分析步驟2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效可多提問幾個學(xué)生錯?步驟7：指導(dǎo)學(xué)生完成【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】，驗證學(xué)習(xí)情況

步驟6：完成“探究

重在比較兩種核反應(yīng)

?步驟5：師生互動完成“探究

方式同完成探究相同

?步驟4：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用，檢查完成情況并點(diǎn)評?

步驟8：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)主要知識，教師點(diǎn)評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】課標(biāo)解讀

重

點(diǎn)難點(diǎn)1.了聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條件2.了可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和展．1.核聚變反應(yīng)的條件及其特點(diǎn)(重點(diǎn)3.了核電站的構(gòu)造和基本原理了解核武器2.聚變釋放能量的計算(重點(diǎn)的種類．4.了核能利用的優(yōu)勢、危害及防護(hù)措.

3.約方式的原理與特點(diǎn)(難)輕核聚變及可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)1.基本知識(1)輕核聚變采用輕核聚合成較重核引起結(jié)合能變化的方式可獲得核能．這樣的核反應(yīng)稱為輕核聚變．(2)太陽內(nèi)部核聚變的反應(yīng)方程H＋H→He＋(3)核子聚變的條件要使核子發(fā)生聚變，必須使核子接近核力能發(fā)生作用的范圍．(4)物質(zhì)第四態(tài)——等離子態(tài)高溫等離子體的密度及維持時間達(dá)到一定值時才能實現(xiàn)聚變．(5)約束等離子體的三種方式：力約束、磁約束、慣性約束．2．思考判斷(1)太陽中發(fā)生的是可控?zé)岷司鄯磻?yīng)．(×)(2)輕核發(fā)生聚變反應(yīng)不需要條．(×)(3)輕核發(fā)生聚變反應(yīng)核子必須近到核力發(fā)生作用的范圍．(√)3．探究交流為什么制造氫彈必須要具有制造原子彈的能力？【提示】氫爆炸是熱核反應(yīng)需要達(dá)到幾百萬攝氏度的高溫才能進(jìn)行只有利用原子彈爆炸時的高溫高壓能使氫彈中的聚變材料達(dá)到熱核反應(yīng)的條件只具備了制造原子彈能力的國家才能制造氫.核能的利用及環(huán)境保護(hù)1.基本知識(1)核電站：將反應(yīng)堆釋放的核轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電廠．工作流程將反應(yīng)堆釋放的核能化為蒸汽的內(nèi)能利用蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能．燃料：反應(yīng)堆以U為燃料．(2)核武器：原子彈和氫彈是眾周知的兩種核武器．(3)核能的優(yōu)勢①核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低．②核電站對環(huán)境污染比燃煤發(fā)電小得多．(4)核能利用存在的危害①核廢料的高輻射性．②放射性物質(zhì)泄漏，產(chǎn)生核污染．③核武器威力巨大，不僅能摧毀生命，而且會使生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞．2．思考判斷太自身強(qiáng)大的引力把高溫等離子體約束在一起，維持了其內(nèi)部的熱核反應(yīng)進(jìn)行．(

磁縮裝置中的環(huán)形線圈通電后可以產(chǎn)生磁場，將等離子體約束在環(huán)形真空室內(nèi)．((3)目前，可控?zé)岷司圩円呀?jīng)被泛應(yīng)用于核電站發(fā)電．(×)3．探究交流原子彈和氫彈的原理有何不同？【提示】(1)原子彈是一種沒減速劑、不加控制的爆炸性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置．(2)氫彈是一種靠慣性約束、不人工控制而實現(xiàn)聚變的反應(yīng)裝置，它利H和地聚變He，生比原子彈更為強(qiáng)烈的爆炸．

H迅速輕核聚變反應(yīng)的理解【問題導(dǎo)思】1．聚變反應(yīng)過程中平均結(jié)合能何變化？2．聚變反應(yīng)發(fā)生的條件是什么3．氫彈是輕核聚變反應(yīng)嗎？1．從平均結(jié)合能的圖線看，聚后平均結(jié)合能增加，因此反應(yīng)中會釋放能量．例如：H＋H→He＋n＋17.51MeV2．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離m，但是原子核是帶正電的使們之間的距離接近10m就必須克服很大的庫侖斥力作用就求原子核應(yīng)具有足夠的動能，方法是給原子核加熱，使其達(dá)到幾百萬度的高溫．3．氫彈氫彈是一種利用輕核聚變反應(yīng)瞬放出巨大能量的裝置于核聚變需要幾百萬度的高溫才能進(jìn)行所先利用子彈爆炸達(dá)到這樣高的溫度在高溫高壓下進(jìn)使核燃料發(fā)生核反應(yīng)，原子彈爆炸時產(chǎn)生的高溫，可以使其中的輕核發(fā)生如下核反應(yīng)H＋HH＋H＋4.0H＋HHe＋n＋17.51MeVH＋HHe＋n＋3.25He＋→He＋H＋18.3所以氫彈爆炸時能釋放更為巨大的能量．一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量m＝1.0073，中子質(zhì)量m＝7u，氚核質(zhì)量＝3.018u.(1)寫出聚變方程；(2)求釋放出的核能多大？(3)求平均每個核子釋放的能量多大？【審題指導(dǎo)】根電荷數(shù)恒和質(zhì)量數(shù)守恒寫核反應(yīng)方程．(2)根據(jù)已知質(zhì)量計算出核反應(yīng)的質(zhì)量虧損．(3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程求釋的核能．【解析】(1)聚變方程：H＋2n→H.(2)質(zhì)量虧損Δ＝＋－＝3＋2×1.0087－3.018＝0.0067u釋放的核能Δ＝Δmc＝0.0067×931.5MeV6.24MeV.6.24(3)平均每個核子放出的能量為MeV2.083【答案】(1)H＋nH(2)6.24MeV(3)2.08MeV1華報道國行設(shè)計的界第一套全超導(dǎo)核聚變實驗裝(又稱“人

造太陽”)已完成了首次工程調(diào)．下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的()A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程H＋HHe＋B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程＋Ba＋Kr＋3nC．“人造太陽”釋放的能量大的計算公式是Δ＝mc1D．“人造太陽”核能大小的計公式是＝2【解析】“造太陽”發(fā)生的氫核聚變，所以核反應(yīng)方程式為H＋He＋n，而B選中的核反應(yīng)是核裂變，故錯誤；“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式Δ＝Δmc，而核能大小的計算式為＝，選項A、正．【答案】AC核能的利用與環(huán)境保護(hù)【問題導(dǎo)思】1．核能與常規(guī)能源相比有哪些顯優(yōu)勢？2．如何解決核能利用與環(huán)境保的關(guān)系？3．怎樣才能很好的處理核廢料1．核能利用核原料提供的能量巨大，1kg鈾釋的全部能量大約相當(dāng)于700t標(biāo)煤完全燃燒放出的能量．地球上的常規(guī)能源一般都無法跟核能相比鈾外釷是一種裂變材料，它比鈾更豐富如果能把釷利用起核電的發(fā)展前景將更為廣闊熱核反應(yīng)所需的氘更是儲量豐富．核原料的運(yùn)輸和儲存方便，如：一座100千瓦核電站一年所需原料鈾，只需6輛卡車就可全部運(yùn)到現(xiàn)場．核電站不排放二氧化碳氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵利環(huán)境保護(hù)．2．環(huán)境保護(hù)核電站為防止放射性物質(zhì)的泄漏般安全屏障氧化鈾陶瓷體燃料芯塊滯留裂變產(chǎn)物外密封鋯合金包殼第三道是壓力邊界，第四道是安全殼．這些措施大大提高了核能利用的安全性．3．廢料處理對核廢料先回收利用下廢就很少了其中低放射性廢料進(jìn)行瀝青固化或水泥固化后存在地下淺層廢料庫放射性的廢料采用玻璃固化后在層廢料庫之實時監(jiān)測等措施都降低了對環(huán)境污染的可能性．4．核電站(1)原理原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是在人工控制下進(jìn)行放核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再由蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，使核能為人類和平建設(shè)服務(wù)．(2)優(yōu)點(diǎn)①核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低，一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30t左右，而同樣功率的燃煤發(fā)電站每年要消耗250噸優(yōu)質(zhì)煤．②核電站對環(huán)境的污染要比燃煤發(fā)電小得多．關(guān)于核能的利用，下列說法正確的()A．現(xiàn)在的核電站既有裂變反應(yīng)也有聚變反應(yīng)堆B．在地球上，人類還無法實現(xiàn)變反應(yīng)C．當(dāng)人類實現(xiàn)了受控核聚變，定輸出核能時，世界就會克服“能源危機(jī)”D．世界現(xiàn)有核電站能夠進(jìn)行聚反應(yīng)而輸出核能【解析】現(xiàn)有核電站均為重核變反應(yīng)釋放能量變應(yīng)和聚變反應(yīng)的條件不同，現(xiàn)在的核電站不能進(jìn)行聚變反應(yīng)，故、D錯誤雖然人類已經(jīng)掌握了聚變反應(yīng)的技術(shù)．但還不能實現(xiàn)大規(guī)模的受控核聚變B錯誤由地球上儲備有大量的聚變原料旦現(xiàn)受控核聚變，世界將不再存在“能源危機(jī)”，故C正確．【答案】C2為應(yīng)對能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)高清潔能源的比重我制定了優(yōu)先選擇核能，

其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策，在《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求年核運(yùn)行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到4000萬瓦的水平據(jù)學(xué)物理知識下說法中正確的是()A．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火發(fā)電要小B．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火發(fā)電要大C．所有核電站都只利用重核裂釋放大量的原子能D．所有核電站既有重核裂變，有輕核聚變釋放大量的原子能【解析】目核電站都用核裂其料是鈾且核裂變在核反應(yīng)堆中應(yīng)用的是比較清潔的能源，故A、正確，、錯【答案】AC綜合解題方略——聚變反應(yīng)和裂變反應(yīng)的比較以下說法正確的()A．聚變是裂變的逆反應(yīng)B．如果裂變釋放能量，則聚變應(yīng)必定吸收能量C．聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百度以上高溫，顯然是吸收能量D．裂變與聚變均可釋放巨大能【規(guī)范解答】聚是輕核聚合次輕核裂是重核分裂成中等質(zhì)量的核者直接關(guān)系錯變裂變在量流向上也無直接關(guān)系B錯聚反應(yīng)是熱核反應(yīng)，需數(shù)百萬度的高溫聚變反應(yīng)一旦開始所釋放的能量就遠(yuǎn)大于所吸收的能量此變反應(yīng)還是釋放能量的，故C錯、正．【答案】D比較項目

反應(yīng)方式

重核裂變

輕核聚變放能原理放能多少核廢料處理難度

重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子的原子核放出核能核放出核能聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量大約要大～4倍聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多原料的蘊(yùn)藏量可控性

核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢?，尤其用于核裂變的鈾鈾礦石中只占0.7%速度比較容易進(jìn)行人工控制的核電站還都是用裂變反應(yīng)釋放核能

主要原料是氘地球上的儲非常豐富.1海中大約有0.03g氘果來進(jìn)行熱核反應(yīng)放出的能量約和燃燒300L汽相目前除氫彈以外們不能控制它

【備課資源(教師用書獨(dú)具)熱聚變堆現(xiàn)在物學(xué)家終于成功研制出熱聚變堆著對聚變反應(yīng)的研究我有望擺脫核裂變發(fā)電廠帶來的諸多問題——比如核廢料武料亦或是爐心熔解最前沿的在建聚變反應(yīng)堆是ITER，國際熱核聚變試驗反應(yīng)堆．其核心，托卡馬克反應(yīng)裝置用磁場約束氘和氚，再用微波將其加熱到15億氏度．該熱量可以驅(qū)動渦輪機(jī)而電．若于2019年建成后，的發(fā)能力將達(dá)到十萬千瓦，但是—ITER只供實驗使用．真正想等發(fā)電用的聚變堆，最樂觀的估計也要到2040年另外如想要完全將聚變堆用發(fā)電需要解決兩個問題一什么材料能夠擋住反應(yīng)副產(chǎn)物帶來的高強(qiáng)度的輻射，二是重達(dá)t的部件應(yīng)該由怎樣的機(jī)器人去替.1．關(guān)于核能的利用，下列說法確的(A．核電站的反應(yīng)堆將釋放的核轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為電能B．采用“內(nèi)爆法”促使鏈?zhǔn)椒?，做成的原子彈設(shè)計難度大，但材料利用率高C．核電站對環(huán)境的污染比燃煤電大D．核燃料的危害主要是其具有射性【解析】核站的能量轉(zhuǎn)化過為核能到內(nèi)能再到電能確內(nèi)法”難度大，但材料利用率高B正．核電不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵，有利于環(huán)境保護(hù)，C錯．放射性對人體和環(huán)境都有危害D正確．【答案】ABD2蕪檢)科學(xué)家發(fā)在月球上含有豐富He(3)它一種高效清、安全的核聚變?nèi)剂蠀⒌囊环N核聚變反應(yīng)的方程式He＋He→2H＋關(guān)He聚下列表述正確的()A．聚變反應(yīng)不會釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采

He聚變反應(yīng)發(fā)電

【解析】聚變反應(yīng)時將質(zhì)量較的輕核聚變成質(zhì)量較大的核過會有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量．但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)．因此B正．【答案】B3．(2012·榆林檢)北京成功舉辦了一屆“綠色奧運(yùn)”，場館周圍80%～90%的燈將利用太陽能發(fā)電技術(shù)，奧運(yùn)會90%的洗浴熱水采用了全玻璃真空太陽能集熱技術(shù)．太陽能是由太陽內(nèi)部熱核聚變反應(yīng)形成的，其核反應(yīng)主要()A．H→He＋eB.N＋He→O＋HC.U＋n→Xe＋Sr＋nD.UTh＋He【解析】熱核聚變是指輕核結(jié)為質(zhì)量較重的核的反應(yīng)，故正B項為實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的反應(yīng)C項中為變反應(yīng)D項為衰變，均不屬聚變反應(yīng)．故B、、不正確．【答案】A4．(2013·西安一中檢)核