《核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)》導(dǎo)學(xué)案

《核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)》導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道核裂變的概念，能說出重核裂變中能釋放出巨大的能量。2、了解鈾核裂變的產(chǎn)物不是唯一的。3、理解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其發(fā)生的條件。4、了解核電站的工作原理，知道核能的和平利用。二、預(yù)學(xué)案（一）知識(shí)點(diǎn)一：核裂變1、核裂變的定義1938年，德國科學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核會(huì)分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并釋放出大量的能量，這種現(xiàn)象叫做核裂變。2、鈾核裂變的方程示例例如：＄＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛144}Ba＋＿{36}＾｛89}Kr+3_{0}＾｛1}n$這個(gè)方程表示鈾235核在吸收一個(gè)中子后分裂成鋇144核和氪89核，同時(shí)放出3個(gè)中子。3、鈾核裂變產(chǎn)物的特點(diǎn)鈾核裂變的產(chǎn)物不是唯一的，裂變產(chǎn)物具有多種可能性。（二）知識(shí)點(diǎn)二：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念當(dāng)中子轟擊鈾核發(fā)生裂變時(shí)，會(huì)釋放出23個(gè)中子，這些中子又會(huì)轟擊其他鈾核，使它們也發(fā)生裂變，這樣裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的能量。這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是：鈾塊的體積要大于它的臨界體積。如果鈾塊體積小于臨界體積，中子從鈾塊中通過時(shí)，可能還沒有碰到鈾核就跑到鈾塊外面去了，不能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。（三）知識(shí)點(diǎn)三：核電站1、核電站的工作原理核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆中的鈾核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放出大量的能量，這些能量被用來加熱水，使水變成水蒸氣，水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。2、核電站中的核反應(yīng)堆的組成部分核反應(yīng)堆主要由核燃料（鈾棒）、減速劑（如石墨、重水等）、控制棒（鎘棒）、冷卻劑（如水等）等部分組成。減速劑的作用是使裂變產(chǎn)生的快中子減速變成慢中子，這樣更容易被鈾核吸收，引發(fā)新的裂變?？刂瓢裟芪罩凶?，通過控制控制棒插入反應(yīng)堆的深度，可以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。冷卻劑在反應(yīng)堆中循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆中的熱量傳遞出去，防止反應(yīng)堆溫度過高。三、探究案（一）探究一：核裂變釋放能量的計(jì)算1、問題引導(dǎo)我們知道根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程$E＝mc^｛2}＄可以計(jì)算能量。在鈾核裂變的過程中，質(zhì)量發(fā)生了虧損。大家想一想，怎么根據(jù)裂變前后的質(zhì)量虧損來計(jì)算釋放的能量呢？給出一個(gè)具體的鈾核裂變方程，如前面提到的$＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛144}Ba＋＿{36}＾｛89}Kr+3_{0}＾｛1}n$，已知鈾235的質(zhì)量、中子質(zhì)量、鋇144的質(zhì)量和氪89的質(zhì)量，試著計(jì)算一下這個(gè)裂變過程中的質(zhì)量虧損$＼Deltam$。2、小組討論同學(xué)們分成小組，討論計(jì)算質(zhì)量虧損的方法。每個(gè)小組派代表發(fā)言，說說小組的計(jì)算思路和結(jié)果。3、教師總結(jié)教師根據(jù)學(xué)生的討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)在計(jì)算質(zhì)量虧損時(shí)，要準(zhǔn)確使用各粒子的質(zhì)量數(shù)據(jù)，按照反應(yīng)前后的總質(zhì)量相減得到質(zhì)量虧損，然后再根據(jù)質(zhì)能方程計(jì)算釋放的能量。（二）探究二：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界體積1、實(shí)驗(yàn)?zāi)M（想象實(shí)驗(yàn)）假設(shè)我們有一些小的鈾塊，它們的體積逐漸增大。同學(xué)們想象一下，當(dāng)我們用中子去轟擊這些鈾塊時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？當(dāng)鈾塊體積較小時(shí)，中子很容易就逃逸出去，不能引發(fā)足夠多的鈾核裂變，就不能形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。那么，隨著鈾塊體積的增大，什么時(shí)候就能夠引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)了呢？2、邏輯推理大家思考一下，從概率的角度來看，為什么鈾塊體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)呢？這和中子在鈾塊中的運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系呢？3、總結(jié)歸納請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)一下鏈?zhǔn)椒磻?yīng)臨界體積的概念，以及它與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的必然聯(lián)系。（三）探究三：核電站的安全性1、資料分析教師提供一些關(guān)于核電站的資料，包括核電站的歷史上發(fā)生過的一些事件（如切爾諾貝利事故、福島核事故等），以及核電站正常運(yùn)行時(shí)的安全防護(hù)措施等資料。同學(xué)們閱讀資料后，分析核電站發(fā)生事故的原因主要有哪些，同時(shí)思考正常運(yùn)行時(shí)的安全防護(hù)措施是如何保障核電站的安全的。2、小組辯論分成小組進(jìn)行辯論，正方觀點(diǎn)是“核電站是安全的，可以大力發(fā)展”，反方觀點(diǎn)是“核電站存在巨大安全隱患，應(yīng)該限制發(fā)展”。在辯論過程中，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的核電站工作原理、安全防護(hù)措施等知識(shí)來支持自己的觀點(diǎn)。3、教師點(diǎn)評(píng)教師對(duì)學(xué)生的辯論進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出雙方觀點(diǎn)中的合理之處和存在的問題。強(qiáng)調(diào)核電站在嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管下是可以安全運(yùn)行的，同時(shí)也要重視核安全問題，不斷提高核電站的安全性。四、檢測(cè)案（一）選擇題1、關(guān)于核裂變，下列說法正確的是（）A.核裂變只能發(fā)生在鈾核上B.核裂變釋放的能量巨大，是因?yàn)榱炎兦昂筚|(zhì)量虧損巨大C.核裂變反應(yīng)中，裂變產(chǎn)物的結(jié)合能比鈾核的結(jié)合能小D.核裂變反應(yīng)中，會(huì)產(chǎn)生多種裂變產(chǎn)物，每種產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)都是相等的2、下列關(guān)于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的說法正確的是（）A.只要有中子轟擊鈾核，就會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，新產(chǎn)生的中子數(shù)一定等于裂變的鈾核個(gè)數(shù)C.鈾塊的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)D.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放的能量是不可控的（二）填空題1、在鈾核裂變方程$＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛141}Ba＋＿{36}＾｛92}Kr+3_{0}＾｛1}n$中，反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為$＼Deltam$，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程$E＝mc^｛2}＄，釋放的能量$E＝＄＿_(dá)__________。2、核電站中，控制棒是由__________制成的，它的作用是__________。（三）簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述核裂變釋放巨大能量的原理。2、說明核電站中冷卻劑的作用。答案：一、選擇題1、BA選項(xiàng)，核裂變不只是發(fā)生在鈾核上，其他重核也可能發(fā)生裂變；C選項(xiàng)，裂變產(chǎn)物的結(jié)合能比鈾核的結(jié)合能大；D選項(xiàng)，裂變產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)不都相等。2、CA選項(xiàng)，只有鈾塊體積大于臨界體積，用中子轟擊鈾核才會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；B選項(xiàng)，新產(chǎn)生的中子數(shù)不一定等于裂變的鈾核個(gè)數(shù)；D選項(xiàng)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放的能量是可控的。二、填空題1、＄＼Deltamc^｛2