2024-2025學(xué)年高中物理 第三章 原子核 5 核裂變說課稿1 教科版選修3-5

2024-2025學(xué)年高中物理第三章原子核5核裂變說課稿1教科版選修3-5學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具課程基本信息1.課程名稱：原子核

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高中三年級(jí)

3.授課時(shí)間：2024年10月15日

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.發(fā)展科學(xué)思維，通過核裂變現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)和科學(xué)推理能力。

2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究核裂變的機(jī)制。

3.強(qiáng)化科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，使學(xué)生理解核能利用的重要性及其潛在風(fēng)險(xiǎn)。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-核裂變的概念和條件：重點(diǎn)講解核裂變是指重核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)較輕的核，并釋放出能量的過程，以及觸發(fā)核裂變所需的最小中子能量（臨界能量）。

-核裂變反應(yīng)方程：強(qiáng)調(diào)如何書寫核裂變反應(yīng)方程，包括質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的原理。

-核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：解釋鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成機(jī)制，包括中子再生率的概念。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-核裂變機(jī)理的理解：學(xué)生可能難以理解重核分裂成兩個(gè)較輕核的微觀過程，需要通過模型和實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立直觀認(rèn)識(shí)。

-臨界質(zhì)量的概念：學(xué)生可能難以理解為什么只有達(dá)到一定質(zhì)量的重核才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需要通過物理量的關(guān)系和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來解釋。

-核裂變能量的計(jì)算：涉及質(zhì)量虧損和能量轉(zhuǎn)換的計(jì)算，學(xué)生可能對(duì)質(zhì)能方程和能量單位轉(zhuǎn)換感到困難，需要通過實(shí)例和練習(xí)來強(qiáng)化。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課的教科書《原子核》。

2.輔助材料：準(zhǔn)備核裂變過程的相關(guān)圖片、核反應(yīng)方程圖表和核能釋放的動(dòng)畫視頻。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備用于演示核裂變現(xiàn)象的模型或模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，確保實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)安全整潔，便于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和討論。教學(xué)過程【導(dǎo)入新課】

同學(xué)們，我們上一節(jié)課學(xué)習(xí)了原子核的基本知識(shí)，了解了原子核的組成和性質(zhì)。今天，我們將繼續(xù)探索原子核的奧秘，重點(diǎn)學(xué)習(xí)核裂變這一重要的物理現(xiàn)象。那么，什么是核裂變呢？核裂變有哪些特點(diǎn)？今天，我們就來揭開核裂變的神秘面紗。

【新課講授】

一、核裂變的概念

同學(xué)們，核裂變是指重核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)較輕的核，并釋放出能量的過程。我們先來看一個(gè)例子：鈾-235核在中子轟擊下會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生兩個(gè)較輕的核，同時(shí)釋放出能量。這個(gè)過程可以用以下方程式表示：

$^{235}_{92}U+n\rightarrow^{141}_{56}Ba+^{92}_{36}Kr+3n+E$

二、核裂變的條件

要使重核發(fā)生裂變，需要滿足一定的條件。首先，轟擊中子的能量必須達(dá)到或超過重核的臨界能量。其次，裂變過程中產(chǎn)生的中子必須被其他重核捕獲，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。下面，我們來具體分析一下這兩個(gè)條件。

1.臨界能量

臨界能量是指使重核發(fā)生裂變所需的最小中子能量。不同重核的臨界能量不同，一般來說，重核的臨界能量越大，裂變的難度就越大。例如，鈾-235的臨界能量約為2.44MeV。

2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是指一個(gè)裂變事件產(chǎn)生的中子再次引起其他重核裂變的過程。為了形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，裂變過程中產(chǎn)生的中子必須被其他重核捕獲。下面，我們通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來觀察鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成。

【實(shí)驗(yàn)演示】

1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材：鈾-235樣品、中子源、計(jì)數(shù)器、反應(yīng)容器等。

2.實(shí)驗(yàn)步驟：

a.將鈾-235樣品放入反應(yīng)容器中。

b.用中子源轟擊鈾-235樣品，觀察計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

c.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成。

【小組討論】

同學(xué)們，通過剛才的實(shí)驗(yàn)，我們觀察到了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成。那么，如何判斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是否發(fā)生呢？請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，討論以下問題：

1.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)有何變化？

2.如何通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成？

【學(xué)生回答】

1.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)會(huì)急劇增加，因?yàn)榱炎冞^程中產(chǎn)生的中子被其他重核捕獲，從而形成更多的裂變事件。

2.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以觀察計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的變化，如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)急劇增加，則說明鏈?zhǔn)椒磻?yīng)已經(jīng)形成。

【總結(jié)】

三、核裂變的應(yīng)用

核裂變技術(shù)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下三個(gè)方面：

1.核能發(fā)電

核能發(fā)電是利用核裂變釋放的能量來產(chǎn)生電能的一種方式。核電站中的核反應(yīng)堆就是通過控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來產(chǎn)生熱能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2.核武器

核武器是利用核裂變或核聚變釋放的巨大能量來產(chǎn)生爆炸的武器。其中，原子彈就是利用核裂變?cè)碇瞥傻摹?/p>

3.同位素生產(chǎn)

核裂變技術(shù)還可以用于生產(chǎn)放射性同位素，這些同位素在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

【課堂小結(jié)】

今天，我們學(xué)習(xí)了核裂變這一重要的物理現(xiàn)象，了解了核裂變的概念、條件和應(yīng)用。希望同學(xué)們能夠通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，對(duì)核裂變有更深入的認(rèn)識(shí)。

【課后作業(yè)】

1.閱讀教材中關(guān)于核裂變的內(nèi)容，總結(jié)核裂變的特征和應(yīng)用。

2.查找相關(guān)資料，了解核能發(fā)電、核武器和同位素生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

【板書設(shè)計(jì)】

一、核裂變的概念

1.核裂變：重核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)較輕的核，并釋放出能量。

2.核裂變方程：$^{235}_{92}U+n\rightarrow^{141}_{56}Ba+^{92}_{36}Kr+3n+E$

二、核裂變的條件

1.臨界能量：使重核發(fā)生裂變所需的最小中子能量。

2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：一個(gè)裂變事件產(chǎn)生的中子再次引起其他重核裂變的過程。

三、核裂變的應(yīng)用

1.核能發(fā)電

2.核武器

3.同位素生產(chǎn)教學(xué)資源拓展1.拓展資源

-核裂變的物理原理：介紹核裂變的基本物理原理，包括重核的穩(wěn)定性、中子的作用、裂變產(chǎn)物的特性等。

-核裂變的實(shí)驗(yàn)裝置：探討不同類型的核裂變實(shí)驗(yàn)裝置，如臨界裝置、中子源、計(jì)數(shù)器等，以及它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

-核能利用的歷史與發(fā)展：回顧核能利用的歷史，從早期的核反應(yīng)堆到現(xiàn)代的核電站，以及核能利用在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中的地位。

-核能安全與環(huán)境保護(hù)：探討核能利用過程中的安全問題，如放射性物質(zhì)泄漏、核事故的預(yù)防與應(yīng)對(duì)，以及核能對(duì)環(huán)境的影響及環(huán)境保護(hù)措施。

2.拓展建議

-學(xué)生可以通過閱讀相關(guān)的科普書籍或科學(xué)雜志，了解核裂變的最新研究進(jìn)展和核能技術(shù)的應(yīng)用。

-組織學(xué)生觀看核能利用相關(guān)的紀(jì)錄片或教育視頻，直觀地理解核裂變的過程和核電站的工作原理。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)校或社區(qū)的科學(xué)展覽，通過互動(dòng)展覽了解核能的利用和核裂變的相關(guān)知識(shí)。

-引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論，探討核能利用的利弊，以及如何在確保安全的前提下合理利用核能。

-建議學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，如使用放射性同位素模擬核裂變過程，增強(qiáng)對(duì)核裂變現(xiàn)象的理解。

-推薦學(xué)生閱讀關(guān)于核能政策的文章，了解國家在核能利用方面的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

-鼓勵(lì)學(xué)生參加科學(xué)競賽或創(chuàng)新項(xiàng)目，將核裂變的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中。

-組織學(xué)生參觀核電站或核研究機(jī)構(gòu)，實(shí)地了解核能利用的現(xiàn)場情況和科研工作。

-建議學(xué)生關(guān)注核能相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議或研討會(huì)，了解核能領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)反思與總結(jié)今天的課，我們學(xué)習(xí)了核裂變這一重要物理現(xiàn)象。在這節(jié)課的教學(xué)過程中，我有一些思考和總結(jié)，希望能與大家分享。

首先，我覺得在教學(xué)方法上，我嘗試了一些新的教學(xué)手段。比如，我引入了實(shí)驗(yàn)演示來幫助學(xué)生直觀地理解核裂變的過程。看到同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)觀察到了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形成，我覺得這種方法很有效。學(xué)生們對(duì)核裂變的理解似乎更加深刻了。但是，我也發(fā)現(xiàn)，由于時(shí)間有限，實(shí)驗(yàn)演示的細(xì)節(jié)和過程可能沒有完全展示，導(dǎo)致部分同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解還不夠透徹。今后，我會(huì)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上更加細(xì)致，確保每個(gè)步驟都清晰明了。

在教學(xué)策略上，我注重了學(xué)生的參與和互動(dòng)。在討論環(huán)節(jié)，我看到了同學(xué)們積極思考、熱烈討論的場景，這讓我很欣慰。但是，我也注意到，在討論過程中，有些同學(xué)的表達(dá)不夠清晰，導(dǎo)致討論的方向有所偏差。因此，我需要在今后的教學(xué)中，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力，鼓勵(lì)他們用自己的語言去描述和理解物理現(xiàn)象。

在課堂管理方面，我注意到了一些細(xì)節(jié)。比如，課堂紀(jì)律整體較好，但有個(gè)別同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)注意力不夠集中。這提醒我，在今后的教學(xué)中，我要更加關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，對(duì)于注意力不集中的同學(xué)，要及時(shí)給予提醒和指導(dǎo)。

至于教學(xué)效果，我覺得總體上是不錯(cuò)的。同學(xué)們對(duì)核裂變的概念、條件和應(yīng)用有了較為全面的認(rèn)識(shí)。在知識(shí)方面，他們能夠熟練書寫核裂變反應(yīng)方程，理解臨界質(zhì)量和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念。在技能方面，他們通過實(shí)驗(yàn)操作和討論，提高了觀察、分析和解決問題的能力。在情感態(tài)度方面，他們對(duì)核能利用有了更加積極的認(rèn)識(shí)，對(duì)科學(xué)探究有了更濃厚的興趣。

當(dāng)然，也存在一些不足。比如，個(gè)別同學(xué)對(duì)核裂變機(jī)理的理解還不夠深入，實(shí)驗(yàn)操作中的細(xì)節(jié)處理不夠到位。針對(duì)這些問題，