人教版（2019）高中物理选修性必修第三册第5章第4节核裂变与核聚变教学设计

人教版高中物理选择性必修3第5章第4节核裂变与核聚变教学设计

课题核裂变与核聚变单元5学科物理年级高二

物理观念：知道核裂变与核聚变、链式反应及粒子的基本概念，了解原子弹、核反应堆、

聚变反应条件、新粒子的内容。

科学思维：掌握链式反应及核聚变释放能量的计算，理解核电站的工作原理，掌握轻核

聚变的条件，提高分析、解决问题的能力。

学习

目标科学探究：通过对链式反应的探究，理解原子弹、核反应堆的原理，体会热核反应的条

件及科学发现新粒子的进步。

科学态度与责任：学习科学家们研究问题的方法，坚持实事求是的科学态度，体验其工

作的艰辛，激发探索未来科学的热情。

重点核裂变与核聚变、链式反应及粒子的基本概念，链式反应及核聚变释放能量的计算。

难点链式反应及核聚变释放能量的计算

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课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。阅读课本

核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这问题，思考如通过引导学

些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用何利用原子核生思考如何利用

的呢?在分裂和合并原子核分裂和合

过程中产生的并过程中产生的

能量。能量。提高学生

观察原子的学习兴趣。

弹爆炸的图

片。

讲授新课一、核裂变的发现

裂变:重核分裂成质量较小的核，并释放核能

的反应。

学习裂变

的概念。通过类比细

知道裂变胞的分裂，让学

的过程。生更好的理解

“裂变”的概念。

链式反应：由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阅读课本

条件：每次裂变产生的中子，至少平均有一个120页内容，

能引发新的裂变总结链式反应

的概念以及发采用学生阅

①保证235的纯度←提纯

92U

生链式反应的读材料，总结知

②铀块的大小

条件。识点的方式，让

临界体积:裂变物质能够发生链式反应的最小

学生明确链式反

体积

应的概念，并由

相应的质量：临界质量

学生总结链式反

应发生的条件。

提高学生的自主

学习能力。

2351144891

92U0n56Ba+36Kr30n

通过核裂

变方程，观察

核反应遵循的

二分裂

规律：质量数

守恒、电荷守

恒。

质量数守恒，电荷守恒

如果1kg铀全部裂变，它放出的能量就相当

于2800t标准煤完全燃烧时放出的化学能。

完成课堂通过课堂练

练习。习，巩固基础知

识。

课堂练习：1、(多选)关于裂变反应,下列说法

正确的是()

A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质

量差不多的两部分

B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能

量

C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分

或四部分

D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应

解析：用中子235和239轰击等少数重核元

92U94Pu

素才能发生裂变反应,铀核裂变时可能分裂为两部

分、三部分或四部分,但产生两部分的概率最大,A、

D错误,C正确;铀核裂变为中等质量的原子核时一

定释放能量,B正确。观察核反

答案：BC应堆结构。通过观察核

二、反应堆与核电站反应堆的结构

核反应堆：人工控制链式反应的装置图、阅读课本材

料，理解人工控

制链式反应的原

理。

核能发电的基本原理

阅读材

料。让学生明白

科技在推动人类

二战时期，美国原子弹突袭广岛和长崎造成了

进步的同时，也

巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成蘑菇

状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12可以给人们带来

英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000灾难，培养学生

人，占全市37%；广岛市区80%的建筑化为灰烬，的爱国主义精

64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市神。

总人口的53%。

完成课堂

练习。

课堂练习2、(多选)关于核反应堆,下列说法正

确的是()

A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能

B.镉棒的作用是控制反应堆的功率

C.石墨的作用是吸收中子

D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出

热能

解析：铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,故A

正确;镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子

数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,故B正

确;慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到

铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故C

错误;水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流

动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也

使反应堆冷却,控制温度,故D正确。类比核裂

答案：ABD变理解记忆核

三、核聚变聚变的含义。让学生在学

核聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个习过程中学会对

较大的原子核的核反应比和归纳。养成

良好的学习习

惯。

思考讨论：发生聚变的条件:使原子核间的距

离达到10-15m以内，核力才能起作用。由于原子思考让粒

核都带正电，要使它们靠近到这种程度，必须克服子加速的方

巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动法。

能才会“撞”到一起。什么办法能使大量的原子核

获得足够的动能而发生核聚变呢？

方法:

①用加速器加速原子核

②原子核加热到很高的温度108～109K

1、受控核聚变

热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性

1）轻核聚变产能效率高

2）地球上聚变燃料的储量丰富

（每升水中就含有0.03g氘，地球上有

138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚

可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨）

3）轻聚变更为安全、清洁

（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生阅读课本

的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氘，高速材料。了解实

中子，质子与其他物质反应生成的发射性物质，比现核聚变的困

裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）难之处和所采

2、实现核聚变的方法取的方案。

①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万

开尔文的高温。

②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和

惯性约束。

磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛

伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约

束参加反应的物质。

惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变

物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。

在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反

应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。

引导学生在

总结对比平时的学习过程

核裂变和核聚中养成归纳、总

四、重核裂变与轻核聚变的区别

变的区别和联结、类比的学习

系。习惯。

完成课堂

练习。

课堂练习3、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.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比

裂变反应大

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

后质量增大

解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比

裂变反应多,故A错误;由于聚变反应中释放出巨大

的能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故C、

D错误。

答案：B

拓展提高1、(多选)日本福岛第一核电站在地震后,数秒

内就将控制棒插入核反应堆芯,终止了铀的裂变链完成拓展

式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统,因裂变遗提高练习题。

留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量,核燃料

棒温度不断上升,对周边环境产生了巨大的危害。

则下列说法正确的是()

A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控

制

B.控制棒插入核反应堆芯后,被吸收的中子数

量变多

C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀

原子质量大

D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的

解析：控制棒通过吸收中子来实现对核反应速

度的控制,选项A、B正确;泄漏中放射性物质对周

边环境产生了巨大的危害,选项D正确;因为是核裂

变反应且有能量释放,可知铯、钡等原子的质量比

铀原子质量小,故C错误。

答案：ABD

2、1938年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有

原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线。下列

关于这个实验的说法中正确的是()

A.这个实验的核反应方程是

2351144891

92U0n56Ba36Kr0n

B.这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和

大于反应前粒子质量之和

C.这个反应中释放出来的能量可以用爱因斯

坦的光电效应方程来计算

D.实验中产生的γ射线穿透能力极强

解析：根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂

变的核反应方程应为2351144891,

92U0n56