名師教案 高中物理人教版 選擇性必修 第三冊(cè) 核裂變與核聚變

教案上課時(shí)間：年月日題課選擇性必修三第五章第4節(jié)：核裂變與核聚變課型新課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1.了解核裂變反應(yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。2.知道反應(yīng)堆的工作原理及其類型，知道核電站的工作流程。3.了解核聚變反應(yīng)及條件，關(guān)注受控核聚變反應(yīng)研究的進(jìn)展。4.了解兩類核能應(yīng)用的利弊，關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。學(xué)習(xí)重點(diǎn)核裂變反應(yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件、核聚變反應(yīng)及條件學(xué)習(xí)難點(diǎn)受控核聚變反應(yīng)教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)（含備注）教學(xué)內(nèi)容引入新課講授新課（邊講授邊討論學(xué)案預(yù)習(xí)題）一.引入新課核電站和原子彈是怎樣轉(zhuǎn)化和利用核能的？氫彈與原子彈有什么異同？二.進(jìn)行新課（一）核能釋放原理：只有重核裂變和輕核聚變時(shí)，因質(zhì)量虧損能放出大量的能量。（二）核裂變的發(fā)現(xiàn)1．核裂變：重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的較輕原子核，并放出核能的過程。2．鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(144),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n。3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生核裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。（三）反應(yīng)堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)核燃料：鈾棒；(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生核裂變，采用石墨、重水或普通水(也叫輕水)作慢化劑；(3)控制棒：利用鎘吸收中子能力很強(qiáng)的特性，采用插入鎘棒的方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；(4)熱交換器：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去。（展示教材122頁(yè)圖片）2．核輻射的屏蔽：在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層；核廢料需裝入特制的容器，深埋地下。例題1：（教材125頁(yè)練習(xí)5）在一個(gè)反應(yīng)堆中用石墨做慢化劑使快中子減速。碳核的質(zhì)量是中子的12倍，假設(shè)中子與碳核的每次碰撞都是彈性正碰，而且認(rèn)為碰撞前碳核都是靜止的。（1）設(shè)碰撞前中子的動(dòng)能是E0，經(jīng)過一次碰撞，中子失去的動(dòng)能是多少？（2）至少經(jīng)過多少次碰撞，中子的動(dòng)能才能小于10-6E0？答案：（1）48E0/169(2)42次要點(diǎn)：動(dòng)量守恒在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用。（四）核聚變1．定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。2．核聚變舉例：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋17.6MeV。3．實(shí)例分析(1)宇宙天體：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。例題2（教材125頁(yè)練習(xí)7）答案：Δm=pt/c2=4.22×109kg(2)核武器：氫彈，由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。（展示教材124頁(yè)圖片）4．核聚變與核裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高；(2)地球上核聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富；(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方案：磁約束和慣性約束。（展示教材124頁(yè)圖片）三.課堂練習(xí)：教材125練習(xí)1、2、3、4、6四.課堂總結(jié)：（見板書設(shè)計(jì)）五.學(xué)習(xí)效果檢測(cè)（見學(xué)案“闖關(guān)檢測(cè)題”共2份）板書設(shè)計(jì)核裂變與核聚變1．核裂變：重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的較輕原子核，并放出核能的過程。eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(144),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生核裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。2.核聚變：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋17.6MeV3.實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方案：磁約束和慣性約束。課后反思裂變材料(核燃料)一般用濃縮鈾(鈾235占3％一4％)，通常做成棒狀，置于反應(yīng)堆的中心部分．慢化劑(減速劑)通常用石墨、重水或普通水，其作用是使裂變產(chǎn)生的快中子通過慢化劑而減速，使它容易被鈾235吸收．控制棒用鎘或硼鋼制成，用來吸收減速后的中子，控制反應(yīng)強(qiáng)度．當(dāng)反應(yīng)太強(qiáng)時(shí)，控制棒能自動(dòng)插入．多吸收些中子；當(dāng)反應(yīng)強(qiáng)度不夠時(shí)，控制棒能自動(dòng)抽出一些，少吸收一些中子．反射層一般用石墨做材料，安放在反應(yīng)堆