高二物理第三冊核反應(yīng) 核能教案

1、高二物理第三冊核反應(yīng) 核能教案教學目標：（一）知識與技能目標：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.會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損計算核反應(yīng)中釋放的核能.（二）過程與方法目標：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.學習歸納、推理、遷移的科學方法（三）情感態(tài)度與價值觀目標：1.領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧2.體會探索自然規(guī)律的樂趣,感悟大自然的博大精深3.激發(fā)使命感與責任感,培養(yǎng)將科學服務(wù)于人類的意識教學重點：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

2、算核能.教學難點：糾正核能是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的錯誤理解正確理解質(zhì)量虧損教學方法：以講授為主，輔之以學生課堂練習.先從原子核的天然衰變引出原子核的人工轉(zhuǎn)變，進而引入核反應(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，再通過學生的課堂練習加以鞏固.教學手段：無特殊教學手段教學過程：創(chuàng)設(shè)情境、激趣導入 自主、合作、探究 板書設(shè)計一、核反應(yīng)1.核反應(yīng)：在核物理學中，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（有時把衰變也稱作核反應(yīng)）這節(jié)課學習原子核的人工轉(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和一個質(zhì)子，第一次實現(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)都守恒教師點撥科學家們發(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：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： 教師點撥科學家們還發(fā)現(xiàn)：一個中了和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，要放出2.2MeV的能量，這個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能和原子核與電子間相互作用的電勢能的總和）教師點撥在核反應(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是運動物體的質(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)成物體的分子動能、分子間相互作用的勢能、分子內(nèi)

6、原子的動能、原子能、原子間相互作用的勢能、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能3.正確認識質(zhì)量虧損：（不板書）在談到核能與質(zhì)量虧損時，有人錯誤地認為：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（錯的）?；蝈e誤地認為：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（錯的）或錯誤地認為：質(zhì)量虧損是質(zhì)量消失了（錯的）按相對論，運動物體的質(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。當物體以遠小于光速運動時，質(zhì)量的變化很不明顯，可認為質(zhì)量不變。當物體的速度接近光速時，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，因為光子的靜質(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：運動的光子能量是，由質(zhì)能方程有： 求得光子的質(zhì)量 （進而可求出動量 ）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、、動量守恒（有時忽略光子的動量）4.核反應(yīng)中核能的計算：用愛因斯坦的質(zhì)能方程求核能說明：10質(zhì)量為一個原子質(zhì)量單位對應(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中子后，生成一個氘核和一個粒子，并釋放4.8MeV的能量（1

9、）寫出核反應(yīng)方程式 （2）計算反應(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：計算2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核時釋放的能量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(由學生自己完成)：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。計算一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時釋放的核能. （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，同時伴隨巨大能量的釋放。這是因為自然界中物體的質(zhì)量和能量間存在著一定關(guān)系：E=mc2。可見物質(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釋放的化學能。在發(fā)生化學反應(yīng)時，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，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