高二物理第三冊(cè)核反應(yīng) 核能教案

1、高二物理第三冊(cè)核反應(yīng) 核能教案教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能目標(biāo)：1.知道原子核的人工轉(zhuǎn)變、核反應(yīng)的概念和規(guī)律.2.理解核能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損. 3.知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系. 4.會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能.（二）過程與方法目標(biāo)：1.通過質(zhì)疑、釋疑的思維過程，提高分析探究問題的能力2.學(xué)習(xí)歸納、推理、遷移的科學(xué)方法（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：1.領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧2.體會(huì)探索自然規(guī)律的樂趣,感悟大自然的博大精深3.激發(fā)使命感與責(zé)任感,培養(yǎng)將科學(xué)服務(wù)于人類的意識(shí)教學(xué)重點(diǎn)：1.核反應(yīng)中的人工轉(zhuǎn)變及核反應(yīng)方程2.核能的概念.愛因斯坦的質(zhì)能方程.計(jì)

2、算核能.教學(xué)難點(diǎn)：糾正核能是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的錯(cuò)誤理解正確理解質(zhì)量虧損教學(xué)方法：以講授為主，輔之以學(xué)生課堂練習(xí).先從原子核的天然衰變引出原子核的人工轉(zhuǎn)變，進(jìn)而引入核反應(yīng)的概念，總結(jié)出核反應(yīng)遵從的規(guī)律；從核反應(yīng)中的輻射引入核能的概念，再從核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損引出愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系，最后說明在核反應(yīng)中釋放能量與質(zhì)量虧損密切相關(guān)，給出公式mc2，再通過學(xué)生的課堂練習(xí)加以鞏固.教學(xué)手段：無特殊教學(xué)手段教學(xué)過程：創(chuàng)設(shè)情境、激趣導(dǎo)入 自主、合作、探究 板書設(shè)計(jì)一、核反應(yīng)1.核反應(yīng)：在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。說明：10核反應(yīng)既不是化學(xué)變化，也不是物理變化，核反應(yīng)是核變化

3、。 20核變化包括原子核的衰變和核反應(yīng) 30核反應(yīng)包括原子核的人工轉(zhuǎn)化、核裂變、輕核的聚變（有時(shí)把衰變也稱作核反應(yīng)）這節(jié)課學(xué)習(xí)原子核的人工轉(zhuǎn)化：在1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素氧17和一個(gè)質(zhì)子，第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。2.原子核的人工轉(zhuǎn)變：用粒子（或或）轟擊原子核使之發(fā)生變化的過程，叫做原子核的人工轉(zhuǎn)變。（或說：用人工方法使原子核發(fā)生變化的過程，叫做原子核的人工轉(zhuǎn)變）（原子核的人工轉(zhuǎn)變是核反應(yīng)中的一種。）（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)（1919年）： 盧瑟福（2）中子的發(fā)現(xiàn)（1932年）： 查德威克3.核反應(yīng)的規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒教師點(diǎn)撥科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，雖然

4、質(zhì)量數(shù)守恒，但反應(yīng)前的原子核的總質(zhì)量與反應(yīng)后的原子核的總質(zhì)量并不守恒.（但反應(yīng)前后的物質(zhì)的總質(zhì)量是守恒的。造成反應(yīng)前后原子核的總質(zhì)量不守恒的原因：是生成物中的光子或其它粒子帶走了一些質(zhì)量）4.核反應(yīng)的特點(diǎn)：核反應(yīng)前后存在質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損：核反應(yīng)前的原子核的總質(zhì)量減去核反應(yīng)后的原子核的總質(zhì)量叫做質(zhì)量虧損，用m表示： 教師點(diǎn)撥科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)：一個(gè)中了和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，要放出2.2MeV的能量，這個(gè)能量以光子的形式輻射出去。由此可見，核反應(yīng)能夠釋放能量。二、核能1.核能：核反應(yīng)中放出的能量稱為核能說明：10核能與原子核的變化相聯(lián)系，只有在核反應(yīng)中釋放的能量，才叫做核能。 20核能是非常巨大的，

5、核能屬于非常規(guī)能源。 30核能與原子能是兩回事（原子能是原子中電子的動(dòng)能和原子核與電子間相互作用的電勢(shì)能的總和）教師點(diǎn)撥在核反應(yīng)中，既伴隨巨大的能量釋放，又伴隨一定的質(zhì)量虧損。這說明質(zhì)量與能量之間有某種聯(lián)系。是什么關(guān)系呢？愛因斯坦的相對(duì)論回答了這種聯(lián)系。2.愛因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程，簡稱為質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量（E）和質(zhì)量（m）之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系是 或?qū)懗?式中c為真空中的光速關(guān)于質(zhì)能方程的理解：（1）在中，m是運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量、E是物體的總能量、是靜止質(zhì)量、叫做靜止能量。（2）靜止能量，是物體的內(nèi)能總和。它包括：構(gòu)成物體的分子動(dòng)能、分子間相互作用的勢(shì)能、分子內(nèi)

6、原子的動(dòng)能、原子能、原子間相互作用的勢(shì)能、以及原子內(nèi)部、電子內(nèi)部、質(zhì)子內(nèi)部、中子內(nèi)部構(gòu)成物體的所有最基本粒子的所有能量的總和為。（3）不含物體與物體之間相互作用的勢(shì)能3.正確認(rèn)識(shí)質(zhì)量虧損：（不板書）在談到核能與質(zhì)量虧損時(shí)，有人錯(cuò)誤地認(rèn)為：核反應(yīng)釋放核能，有質(zhì)量虧損，放出核能的過程是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的過程（錯(cuò)的）?；蝈e(cuò)誤地認(rèn)為：有質(zhì)量虧損，核反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量是不守恒的（錯(cuò)的）或錯(cuò)誤地認(rèn)為：質(zhì)量虧損是質(zhì)量消失了（錯(cuò)的）按相對(duì)論，運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量與速度有關(guān)還與物體的靜質(zhì)量有關(guān)。物體的速度越大，物體的質(zhì)量就越大。當(dāng)物體以遠(yuǎn)小于光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的變化很不明顯，可認(rèn)為質(zhì)量不變。當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，物體

7、的質(zhì)量變化很大，質(zhì)量的變化不可忽略。但此公式也不是萬能的。若求光子的質(zhì)量，公式不適用了，因?yàn)楣庾拥撵o質(zhì)量是0，用此公式不能求出光子的質(zhì)量。為了求出光子的質(zhì)量，就不得不求助于愛因斯坦的質(zhì)能方程：運(yùn)動(dòng)的光子能量是，由質(zhì)能方程有： 求得光子的質(zhì)量 （進(jìn)而可求出動(dòng)量 ）質(zhì)量虧損，是核反應(yīng)前的原子核的總質(zhì)量減去核反應(yīng)后的原子核的總質(zhì)量叫做質(zhì)量虧損， 。造成反應(yīng)前后原子核的總質(zhì)量不守恒的原因是：產(chǎn)物中的光子或其它粒子帶走了一些質(zhì)量。質(zhì)量虧損不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，也不是質(zhì)量的消失。核反應(yīng)前后的總質(zhì)量是守恒的。只是核反應(yīng)前后的核的總質(zhì)量不守恒了。核反應(yīng)前后守恒的量有：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、總質(zhì)量守恒、能量守恒

8、、動(dòng)量守恒（有時(shí)忽略光子的動(dòng)量）4.核反應(yīng)中核能的計(jì)算：用愛因斯坦的質(zhì)能方程求核能說明：10質(zhì)量為一個(gè)原子質(zhì)量單位對(duì)應(yīng)的能量是：931.5MeV 教材：73頁（2） 20若的單位是kg，直接利用 30若的單位是原子質(zhì)量單位，則可用以原子質(zhì)量為單位的數(shù)乘以931.5MeV。這時(shí)核能的單位是MeV（通常，核能的單位是MeV） 例題1：已知質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)的質(zhì)量虧損為0.004010-27kg，則此過程中釋放的能量為多少？已知：c=2.9979108m/s 1eV=1.602210-19J解：由質(zhì)能方程： 例題2：靜止的鋰核在俘獲一個(gè)中子后，生成一個(gè)氘核和一個(gè)粒子，并釋放4.8MeV的能量（1

9、）寫出核反應(yīng)方程式 （2）計(jì)算反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損解：（1）核反應(yīng)方程： （2）由質(zhì)能方程： 得 例題3：計(jì)算2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成氦核時(shí)釋放的能量mp=1. u， mn=1. u.，氦核的質(zhì)量為4. u. 解：核反應(yīng)方程： （核子參與的反應(yīng)也可以叫做核反應(yīng)） 質(zhì)量虧損m=0. u. 由質(zhì)能方程：E=m c20.931.5 MeV =28.3 MeV. 練習(xí)(由學(xué)生自己完成)：氘核的質(zhì)量為mD=2. u，中子質(zhì)量mn=1. u，質(zhì)子質(zhì)量mp=1. u。計(jì)算一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)釋放的核能. （釋放核能E=mc2=0.931.5 MeV =2.22 MeV）三、小結(jié)：原子核既可以發(fā)生天然衰變，也可以人工轉(zhuǎn)變。原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。在核反應(yīng)中存在質(zhì)量虧損，同時(shí)伴隨巨大能量的釋放。這是因?yàn)樽匀唤缰形矬w的質(zhì)量和能量間存在著一定關(guān)系：E=mc2?？梢娢镔|(zhì)世界貯藏著巨大能量。如何使物質(zhì)貯藏的能量釋放出來呢。人類以前，利用的是燃料燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，是原子外層電子的得失，這種情況下，人類獲取的能量可以說是屬于原子表層的“皮能”。在核反應(yīng)時(shí)，可以產(chǎn)生較大一些的質(zhì)量虧損，從而使人類獲得更多的能