5.4 核裂變與核聚變

“教學(xué)評(píng)”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)設(shè)計(jì)課題5.4核裂變與核聚變課型新授課eq\o\ac(□,√)復(fù)習(xí)課□試卷講評(píng)課□其他課□授課班級(jí)高三年級(jí)（）班授課時(shí)間年月日教學(xué)內(nèi)容分析物理觀念：知道核裂變與核聚變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及粒子的基本概念，了解原子彈、核反應(yīng)堆、聚變反應(yīng)條件、新粒子的內(nèi)容?？茖W(xué)思維：掌握鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及核聚變釋放能量的計(jì)算，理解核電站的工作原理，掌握輕核聚變的條件，提高分析、解決問(wèn)題的能力?？茖W(xué)探究：通過(guò)對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的探究，理解原子彈、核反應(yīng)堆的原理，體會(huì)熱核反應(yīng)的條件及科學(xué)發(fā)現(xiàn)新粒子的進(jìn)步?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家們研究問(wèn)題的方法，堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，體驗(yàn)其工作的艱辛，激發(fā)探索未來(lái)科學(xué)的熱情。學(xué)習(xí)者分析學(xué)生對(duì)原子物理知識(shí)比較陌生，對(duì)原子物理的思維研究方法等存在一定困難學(xué)習(xí)目標(biāo)核裂變與核聚變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及粒子的基本概念，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及核聚變釋放能量的計(jì)算。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及核聚變釋放能量的計(jì)算教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件活動(dòng)設(shè)計(jì)提問(wèn)檢查預(yù)習(xí)，提出問(wèn)題，討論教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)評(píng)價(jià)任務(wù)活動(dòng)一：新知引入導(dǎo)入新課較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過(guò)程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢?閱讀課本問(wèn)題，思考如何利用原子核在分裂和合并過(guò)程中產(chǎn)生的能量。觀察原子彈爆炸的圖片。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用原子核分裂和合并過(guò)程中產(chǎn)生的能量。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?；顒?dòng)二：新知討論講授新課一、核裂變的發(fā)現(xiàn)裂變:重核分裂成質(zhì)量較小的核，并釋放核能的反應(yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)條件：每次裂變產(chǎn)生的中子，至少平均有一個(gè)能引發(fā)新的裂變①保證的純度←提純②鈾塊的大小臨界體積:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積相應(yīng)的質(zhì)量：臨界質(zhì)量二分裂質(zhì)量數(shù)守恒，電荷守恒如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。課堂練習(xí)：1、(多選)關(guān)于裂變反應(yīng),下列說(shuō)法正確的是()A.用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變,其一定分裂為質(zhì)量差不多的兩部分B.鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核一定釋放能量C.鈾核發(fā)生裂變時(shí)可能分裂成兩部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)解析：用中子和轟擊等少數(shù)重核元素才能發(fā)生裂變反應(yīng),鈾核裂變時(shí)可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產(chǎn)生兩部分的概率最大,A、D錯(cuò)誤,C正確;鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)一定釋放能量,B正確。答案：BC二、反應(yīng)堆與核電站核反應(yīng)堆：人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置核能發(fā)電的基本原理二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)原子彈突襲廣島和長(zhǎng)崎造成了巨大的毀傷。在長(zhǎng)崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多，長(zhǎng)崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%；廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%。課堂練習(xí)2、(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說(shuō)法正確的是()A.鈾棒是核燃料,裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能解析：鈾棒是核燃料,裂變時(shí)可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng),作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,即控制反應(yīng)堆功率,故B正確;慢中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯(cuò)誤;水或液態(tài)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,用于發(fā)電,同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻,控制溫度,故D正確。答案：ABD三、核聚變核聚變：某些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個(gè)較大的原子核的核反應(yīng)思考討論：發(fā)生聚變的條件:使原子核間的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們靠近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力。也就是說(shuō)，原子核要有很大的動(dòng)能才會(huì)“撞”到一起。什么辦法能使大量的原子核獲得足夠的動(dòng)能而發(fā)生核聚變呢？方法:①用加速器加速原子核②原子核加熱到很高的溫度108～109K1、受控核聚變熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比較，具有許多優(yōu)越性1）輕核聚變產(chǎn)能效率高2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富（每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬(wàn)億噸氘。氚可以利用鋰來(lái)制取，地球上鋰儲(chǔ)量有2000億噸）3）輕聚變更為安全、清潔（高溫不能維持反應(yīng)就能自動(dòng)終止，聚變產(chǎn)生的氦是沒(méi)有放射性的。廢物主要是泄露的氘，高速中子，質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)生成的發(fā)射性物質(zhì)，比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理）2、實(shí)現(xiàn)核聚變的方法①難點(diǎn)：地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬(wàn)開爾文的高溫。②方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。磁約束：帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場(chǎng)中會(huì)在洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。慣性約束：由于聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，聚變物質(zhì)因自身的慣性還來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下，可以用激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。四、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別課堂練習(xí)3、關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說(shuō)法正確的是()A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B.聚變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定比裂變反應(yīng)大C.聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核,故反應(yīng)后質(zhì)量增大解析：在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多,故A錯(cuò)誤;由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大的能量,則比結(jié)合能一定增加,質(zhì)量發(fā)生虧損,故C、D錯(cuò)誤。答案：B學(xué)習(xí)裂變的概念。知道裂變的過(guò)程。閱讀課本120頁(yè)內(nèi)容，總結(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念以及發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。通過(guò)核裂變方程，觀察核反應(yīng)遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷守恒。完成課堂練習(xí)。觀察核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)。閱讀材料。完成課堂練習(xí)。類比核裂變理解記憶核聚變的含義。思考讓粒子加速的方法。閱讀課本材料。了解實(shí)現(xiàn)核聚變的困難之處和所采取的方案?？偨Y(jié)對(duì)比核裂變和核聚變的區(qū)別和聯(lián)系。完成課堂練習(xí)。通過(guò)類比細(xì)胞的分裂，讓學(xué)生更好的理解“裂變”的概念。采用學(xué)生閱讀材料，總結(jié)知識(shí)點(diǎn)的方式，讓學(xué)生明確鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念，并由學(xué)生總結(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件。提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過(guò)課堂練習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)觀察核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)圖、閱讀課本材料，理解人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理。學(xué)生明白科技在推動(dòng)人類進(jìn)步的同時(shí)，也可以給人們帶來(lái)災(zāi)難，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義精神。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)會(huì)對(duì)比和歸納。養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中養(yǎng)成歸納、總結(jié)、類比的學(xué)習(xí)習(xí)慣。拓展提高1、(多選)日本福島第一核電站在地震后,數(shù)秒內(nèi)就將控制棒插入核反應(yīng)堆芯,終止了鈾的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但海嘯摧毀了機(jī)組的冷卻系統(tǒng),因裂變遺留的產(chǎn)物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量,核燃料棒溫度不斷上升,對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害。則下列說(shuō)法正確的是()A.控制棒通過(guò)吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)的控制B.控制棒插入核反應(yīng)堆芯后,被吸收的中子數(shù)量變多C.核裂變遺留物銫、鋇等原子的質(zhì)量可能比鈾原子質(zhì)量大D.核泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)人類是有害的解析：控制棒通過(guò)吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)速度的控制,選項(xiàng)A、B正確;泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害,選項(xiàng)D正確;因?yàn)槭呛肆炎兎磻?yīng)且有能量釋放,可知銫、鋇等原子的質(zhì)量比鈾原子質(zhì)量小,故C錯(cuò)誤。答案：ABD2、1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是()A.這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是B.這是一個(gè)核裂變過(guò)程,反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C.這個(gè)反應(yīng)中釋放出來(lái)的能量可以用愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程來(lái)計(jì)算D.實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強(qiáng)解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;鈾核裂變過(guò)程中產(chǎn)生γ射線,放出能量,發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放的能量根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線,穿透能力極強(qiáng),是能量極高的光子,選項(xiàng)D正確。答案：D3、一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073u,中子質(zhì)量mn=1.0087u,氚核質(zhì)量mT=3.0180u。(1)寫出聚變方程;(2)釋放出的核能為多大?(3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大?