第二十二章第2节核能 教案-人教版九年级物理全册

第2节核能设计说明本节内容由“核能”“裂变”“聚变”三部分组成。学生由于对裂变、聚变、链式反应等概念比较陌生，所以在教学过程中，以讲授为主，贯穿始终。核能的学习先复习学过的原子结构，然后通过展示图片和数据资料得出核能的定义，这样由已有知识自然过渡到新知识，学生更容易接受。裂变部分先介绍裂变的定义，而做好火柴持续燃烧类比链式反应的实验是解决裂变难点的关键。通过图片对比，帮助学生对加以控制的核反应和不加控制的核反应形成清晰的认识。学习裂变后，利用逆向思维法引出另一种核能方式——聚变，然后通过图例分析和氢弹爆炸等视频，使学生了解聚变。教学目标【知识与技能】1.了解原子、原子核的结构。2.知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。3.了解核裂变、核聚变。【过程与方法】通过类比的方法来研究核裂变的过程。【情感、态度与价值观】知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。采用辩证的思想来看待核能的利用和危害。重点难点教学重点核能的由来及其优点和可能带来的问题。教学难点裂变和聚变。教学方法讲授法。教具、学具学生用：火柴一盒。教师用：核电站教学资料片、原子弹和氢弹教学资料片、原子和原子核的挂图、链式反应的教学挂图。授课时数1课时教学过程回顾思考1.原子由_________和_________组成。2.可以直接从自然界中获取的能源称为_________能源；无法直接从自然界中获取，必须通过一次能源的消耗才能得到的能源，称为_________能源；核能属于_________能源。3.发电机是将_________能转化为_________能的装置。导入新课大家知道，我国是个能源消耗大国，每年的各种能源如煤、石油、天然气等消耗巨大，折合标准煤20亿吨。20亿吨是什么概念？如果把这些煤堆成1m高、1m宽的堤坝，长度达106(学生讨论、交流并回答)有的同学说要不断开发新能源，有的同学说开发利用取之不尽、用之不竭的太阳能……同学们的意见都很有道理，都是解决人类能源危机的好方法。今天我们就来学习一种有望在将来彻底解决人类能源危机的新能源——核能。讲授新课一、核能师：科学家通过对放射现象的发现和研究，利用高速粒子轰击原子核时发现原子核是可以改变的，在某些改变中会释放大量的能量，这就是核能。有同学能够说说核能的威力吗？请同学们看几幅图:观看视频：广岛原子弹爆炸瞬间。原子弹为什么有这么大的威力呢？这要从原子内部的结构说起。师：谁能结合着原子结构图说一下原子的结构？生：原子由居于原子中心的原子核和核外的电子组成，原子核又由质子和中子组成。师：质子带正电，中子不带电，它们集中在原子的中心，形成一个非常小的核，就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央。师：原子核内的质子和中子依靠强大的核力紧紧地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。为了研究原子核内部的结构，物理学家们尝试用粒子去“轰击”原子核，最初是用α粒子去轰击，后来又用质子、中子去轰击，发现都能引起原子核的变化——核反应，而且发现在某些核反应过程中能释放出大量能量。由于原子核的变化而释放的巨大能量，我们把它叫做核能。原子核发生改变有两种情况，一种是质量较大的原子核裂变成质量较小的核；一种是由两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核。这两种原子核发生改变的过程中都会伴随着巨大的能量释放。二、裂变1.展示资料：1934年至1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其裂变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出2~3个中子，这个过程释放出巨大的能量。1kg铀完全裂变释放的能量将超过2000t煤完全燃烧释放的能量。师：铀235只有在中子的轰击下才能发生裂变并释放核能，那么是不是要不断地从外界提供中子才能使反应不断进行呢？下面我们做一个实验。2.引导学生用火柴模拟链式反应。用火柴模拟链式反应3.展示链式反应原理的动画。师：用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生出几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致了一系列铀核持续裂变并释放出巨大的核能，这就是链式反应。链式反应示意图4.核电站核电站利用可控的核裂变发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆中的链式反应是可以控制的。我国2003年建成的秦山核电站三期工程已经投入运行。核反应堆秦山核电站教师出示挂图，讲解核电站工作流程及能量转化。(1)核电站工作流程(如图所示)。①第一回路中的水或其他液体被泵压入核反应堆，在那里加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水，以后又被泵压回到反应堆里。②在热交换器内，第二回路中的水经加热生成高温高压蒸汽送入汽轮机，驱动汽轮机做功后温度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由泵把它压回热交换器。③高速旋转的汽轮机带动发电机发电。(2)能量转化：核能→内能→机械能→电能。5.原子弹链式反应如果不加控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，产生极大的破坏性力量，这就是原子弹的制造原理，1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。中国人民热爱和平，但为了抵制核大国的威胁，于1964年10月16日第一颗原子弹试验成功。三、聚变1.聚变师：除裂变可以获得核能外，还有一种获得核能的方法就是聚变。什么是聚变呢？观看聚变反应示意图。师：两个质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，同时释放出核能的过程，叫聚变。目前聚变还不能控制，如何控制核聚变？望同学们今后为此作出贡献。师：核聚变目前无法控制，但可以用来制造氢弹。我国科学家用不到三年的时间研制，于1967年6月17日，第一颗氢弹试验爆炸。氢弹的威力大于原子弹。观看“中国氢弹爆炸视频”。2.核能的利用阅读教材第172页“科学·技术·社会——核电站和核废料处理”和观看2011年日本福岛第一核电站发生爆炸的视频。师：小组讨论，然后总结出核能的优点。生1：核能发电不像化石燃料一样向大气排放大量的污染物质，这样就避免了大气污染的问题和一系列诸如温室效应等打破自然调节能力的不良效应。生2：核电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。生3：核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济形势影响，故发电成本较其他发电方法稳定。师：小组讨论，总结出核能可能带来的问题。生1：核能利用过程中产生的放射性废料以及核燃料，虽量不大但其放射性依然会给我们带来致命的危害。生2：核能发电站投资大，风险高，一旦建立则要消耗大量的人力物力去确保它的运转。生3：给世界和平带来了隐患。课堂小结当堂达标1．组成原子核的粒子是（）A．带正电的质子和带负电的电子B．带正电的质子和不带电的中子C．带正带的质子、带负电的电子和不带电的中子D．带负电的电子和不带电的中子答案：B2．关于核能，下列说法中正确的是（）A．核能很小，无法利用B．核能巨大，但现在无法利用C．核动力航母利用的是核能D．核能是可再生的答案：C3．关于裂变反应，下列说法中错误的是（）A．所有原子核都能发生裂变反应释放能量B．裂变反应是重原子核吸收中子后发生的C．原子弹是利用链式反应释放的能量D．核电站是利用可控链式反应释放的能量答案：A4.（2020·武汉）关于能源，下列说法正确的是（）A.电能、地热能都是一次能源B.风能、水能、太阳能都是不可再生能源C.核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的D.大量氢核的裂变，可以在瞬间释放出巨大的核能答案：C解析：电能是二次能源，A错误；风能、水能、太阳能都是可再生能源，B错误；核反应堆是利用核裂变产生的能量发电，发生的是可以控制的链式反应，C正确；大量氢核发生聚变可以释放巨大的核能，D错误。5.下图表示用中子轰击铀-235原子核产生氪核和钡核的模型。下列叙述正确的是（）A.该模型表示的是核聚变B.该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应C.该反应不会产生放射性物质D.不能用该反应获得能量的方式来发电答案：B解析：该模型表示的是核裂变，产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应，过程中会产生放射性物质，核电站中的核反应堆就是利用核裂变的原理，A、C、D错误，B正确。6.核能是一种_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控_________（选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放核能的设备。核电站中的汽轮机属于_________（选填“发电机”“电动机”或“热机”）。答案：不可再生核裂变热机解析：核能是一种不可再生能源，核电站都是利用核裂变释放的能量来发电的，