人教版(新教材)高中物理选择性必修3教学设计2：5 4核裂变与核聚变教案

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE15.4核裂变与核聚变〖教学目标〗一、知识与技能1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。2．知道什么是链式反应。3．了解核聚变的特点及其条件。4．了解可控热核反应及其研究和发展。二、过程与方法1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。2．通过自己阅读课本，查阅资料，培养归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。三、情感、态度与价值观1．激发热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。2．认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。〖教学重点〗1．重核裂变的核反应方程式的书写。2．核聚变的特点和条件。〖教学难点〗核聚变的特点和条件。〖教学过程〗一、新课导入较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢?二、新课学习如图所示为重核裂变的链式反应。问题：(1)什么是链式反应？(2)链式反应中的临界体积指什么？〖提*示〗：(1)重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。(2)能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。一、核裂变1．核裂变的发现(1)核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。(2)铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。(4)链式反应的条件发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。2．反应堆与核电站(1)核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。(2)慢化剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水(也叫轻水)。(3)控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。(4)能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。秦山核电站二、核聚变据报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功。这种装置被称为“人造太阳”(如图所示)，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。1．定义两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。2．举例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．条件(1)轻核的距离要达到10－15m以内。(2)需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应。4．优点(1)轻核聚变产能效率高。(2)地球上聚变燃料的储量丰富。(3)轻核聚变更为安全、清洁。5．约束方法磁约束和惯性约束。〖练习巩固〗1．关于重核的裂变，以下说法中正确的是（）A．铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块，同时放出几个中子B．铀235被中子轰击后二者都会发生分裂C．要使铀块发生链式反应，其体积必须足够大D．铀235分裂成两个中等质量的核，比结合能减小，放出核能〖答案〗C2．现已建成的核电站发电的能量来自于（）A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量〖答案〗C3．关于核聚变，以下说法正确的是（）A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-10m以内，核力才能起作用D．核聚变比核裂变更易控制〖答案〗A4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（）A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C．聚变反应中粒子的比结合能变小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大〖答案〗B5．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2QUOTE的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（）A．两个氘核聚变成一个QUOTE23He23HeB．两个氘核聚变成一个QUOTE23He23HeC．两个氘核聚变成一个QUOTE23He23He所释放的核能为（2m1－m3－m4）cD．两个氘核聚变成一个QUOTE23He23He所释放的核能为（2m1－m3－m2）c〖答案〗BD6．在某些恒星内，3个QUOTE伪伪粒子结合成一个C，C原子的质量是12.0000u，He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相当于931.5MeV，则（