《核裂变与链式反应》导学案

《核裂变与链式反应》导学案一、学习目标1、知道核裂变的概念，能说出重核裂变中能释放出巨大的能量。2、了解铀核裂变的产物不是唯一的。3、理解链式反应及其发生的条件。4、了解核电站的工作原理，知道核能的和平利用。二、预学案（一）知识点一：核裂变1、核裂变的定义1938年，德国科学家哈恩和斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核会分裂成两个质量差不多的新原子核，并释放出大量的能量，这种现象叫做核裂变。2、铀核裂变的方程示例例如：＄＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛144}Ba＋＿{36}＾｛89}Kr+3_{0}＾｛1}n$这个方程表示铀235核在吸收一个中子后分裂成钡144核和氪89核，同时放出3个中子。3、铀核裂变产物的特点铀核裂变的产物不是唯一的，裂变产物具有多种可能性。（二）知识点二：链式反应1、链式反应的概念当中子轰击铀核发生裂变时，会释放出23个中子，这些中子又会轰击其他铀核，使它们也发生裂变，这样裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量。这种反应叫做链式反应。2、链式反应发生的条件发生链式反应的条件是：铀块的体积要大于它的临界体积。如果铀块体积小于临界体积，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，不能发生链式反应。（三）知识点三：核电站1、核电站的工作原理核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆。核反应堆中的铀核发生链式反应，释放出大量的能量，这些能量被用来加热水，使水变成水蒸气，水蒸气推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电。2、核电站中的核反应堆的组成部分核反应堆主要由核燃料（铀棒）、减速剂（如石墨、重水等）、控制棒（镉棒）、冷却剂（如水等）等部分组成。减速剂的作用是使裂变产生的快中子减速变成慢中子，这样更容易被铀核吸收，引发新的裂变。控制棒能吸收中子，通过控制控制棒插入反应堆的深度，可以控制链式反应的速度。冷却剂在反应堆中循环流动，把反应堆中的热量传递出去，防止反应堆温度过高。三、探究案（一）探究一：核裂变释放能量的计算1、问题引导我们知道根据爱因斯坦的质能方程$E＝mc^｛2}＄可以计算能量。在铀核裂变的过程中，质量发生了亏损。大家想一想，怎么根据裂变前后的质量亏损来计算释放的能量呢？给出一个具体的铀核裂变方程，如前面提到的$＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛144}Ba＋＿{36}＾｛89}Kr+3_{0}＾｛1}n$，已知铀235的质量、中子质量、钡144的质量和氪89的质量，试着计算一下这个裂变过程中的质量亏损$＼Deltam$。2、小组讨论同学们分成小组，讨论计算质量亏损的方法。每个小组派代表发言，说说小组的计算思路和结果。3、教师总结教师根据学生的讨论结果进行总结，强调在计算质量亏损时，要准确使用各粒子的质量数据，按照反应前后的总质量相减得到质量亏损，然后再根据质能方程计算释放的能量。（二）探究二：链式反应的临界体积1、实验模拟（想象实验）假设我们有一些小的铀块，它们的体积逐渐增大。同学们想象一下，当我们用中子去轰击这些铀块时，会发生什么情况呢？当铀块体积较小时，中子很容易就逃逸出去，不能引发足够多的铀核裂变，就不能形成链式反应。那么，随着铀块体积的增大，什么时候就能够引发链式反应了呢？2、逻辑推理大家思考一下，从概率的角度来看，为什么铀块体积必须大于临界体积才能发生链式反应呢？这和中子在铀块中的运动有什么关系呢？3、总结归纳请同学们总结一下链式反应临界体积的概念，以及它与链式反应发生的必然联系。（三）探究三：核电站的安全性1、资料分析教师提供一些关于核电站的资料，包括核电站的历史上发生过的一些事件（如切尔诺贝利事故、福岛核事故等），以及核电站正常运行时的安全防护措施等资料。同学们阅读资料后，分析核电站发生事故的原因主要有哪些，同时思考正常运行时的安全防护措施是如何保障核电站的安全的。2、小组辩论分成小组进行辩论，正方观点是“核电站是安全的，可以大力发展”，反方观点是“核电站存在巨大安全隐患，应该限制发展”。在辩论过程中，要求学生运用所学的核电站工作原理、安全防护措施等知识来支持自己的观点。3、教师点评教师对学生的辩论进行点评，指出双方观点中的合理之处和存在的问题。强调核电站在严格的安全标准和监管下是可以安全运行的，同时也要重视核安全问题，不断提高核电站的安全性。四、检测案（一）选择题1、关于核裂变，下列说法正确的是（）A.核裂变只能发生在铀核上B.核裂变释放的能量巨大，是因为裂变前后质量亏损巨大C.核裂变反应中，裂变产物的结合能比铀核的结合能小D.核裂变反应中，会产生多种裂变产物，每种产物的质量数都是相等的2、下列关于链式反应的说法正确的是（）A.只要有中子轰击铀核，就会发生链式反应B.链式反应中，新产生的中子数一定等于裂变的铀核个数C.铀块的体积必须大于临界体积才能发生链式反应D.链式反应释放的能量是不可控的（二）填空题1、在铀核裂变方程$＿{92}＾｛235}U＋＿{0}＾｛1}n＼to＿{56}＾｛141}Ba＋＿{36}＾｛92}Kr+3_{0}＾｛1}n$中，反应前后的质量亏损为$＼Deltam$，根据爱因斯坦质能方程$E＝mc^｛2}＄，释放的能量$E＝＄＿___________。2、核电站中，控制棒是由__________制成的，它的作用是__________。（三）简答题1、简述核裂变释放巨大能量的原理。2、说明核电站中冷却剂的作用。答案：一、选择题1、BA选项，核裂变不只是发生在铀核上，其他重核也可能发生裂变；C选项，裂变产物的结合能比铀核的结合能大；D选项，裂变产物的质量数不都相等。2、CA选项，只有铀块体积大于临界体积，用中子轰击铀核才会发生链式反应；B选项，新产生的中子数不一定等于裂变的铀核个数；D选项，链式反应释放的能量是可控的。二、填空题1、＄＼Deltamc^｛2