选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第五节 裂变和聚变教案配套

选择性必修第三册第五章原子与原子核第五节裂变和聚变教案配套主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：选择性必修第三册第五章原子与原子核第五节裂变和聚变

2.教学年级和班级：高中一年级1班

3.授课时间：2023年3月10日星期五第3节课

4.教学时数：1课时核心素养目标分析教学难点与重点1.教学重点，

①理解裂变和聚变的基本概念及其在原子核反应中的不同特点。

②掌握裂变和聚变过程中质量亏损和能量释放的计算方法。

③理解裂变和聚变在核能利用中的应用，如核电站的原理。

2.教学难点，

①裂变和聚变反应中能量释放机制的理解，特别是质能方程的应用。

②裂变和聚变反应的条件和限制因素的分析，如临界质量、温度等。

③裂变和聚变反应的安全性和环境影响的认识，包括放射性废物的处理。

④裂变和聚变在现实生活中的应用实例分析，如何将理论知识与实际应用相结合。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过系统讲解裂变和聚变的基本原理，帮助学生建立清晰的知识体系。

2.讨论法：组织学生就裂变和聚变的实际应用进行讨论，激发学生的思考和分析能力。

3.案例分析法：结合实际案例，如核电站的运作，让学生理解理论知识在实际中的应用。

教学手段：

1.多媒体展示：利用PPT展示裂变和聚变的过程，增强直观性和趣味性。

2.互动软件：使用教学软件进行模拟实验，让学生亲身体验核反应过程。

3.网络资源：引导学生利用网络资源查找相关信息，拓展知识面。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：通过展示核能利用的图片和视频，如核电站、核潜艇等，引发学生对核能的好奇心。

-回顾旧知：简要回顾原子核的基本结构，包括质子、中子和核力的概念。

2.新课呈现（约30分钟）

-讲解新知：

-详细讲解裂变和聚变的基本概念，包括反应过程、能量释放等。

-通过动画演示裂变和聚变的过程，帮助学生直观理解。

-举例说明：

-以铀-235的裂变为例，展示裂变过程中的质量亏损和能量释放。

-以氢的同位素氘和氚的聚变为例，说明聚变反应的特点和能量释放。

-互动探究：

-提出问题，如“为什么裂变和聚变能够释放如此巨大的能量？”引导学生思考。

-组织小组讨论，让学生分享对裂变和聚变反应条件的理解。

3.巩固练习（约20分钟）

-学生活动：

-分发练习题，包括计算裂变和聚变过程中的能量释放、分析裂变和聚变的实际应用等。

-学生独立完成练习，教师巡视并给予必要的帮助。

-教师指导：

-对学生的练习进行点评，纠正错误，强调重点和难点。

-针对学生的疑问进行解答，确保学生对知识的掌握。

4.拓展延伸（约10分钟）

-引导学生思考裂变和聚变在能源领域的应用前景，如核能发电、核聚变能源等。

-鼓励学生探讨裂变和聚变可能带来的环境和安全问题，如放射性废物的处理。

5.总结与反思（约5分钟）

-总结本节课的主要内容，强调裂变和聚变在核能利用中的重要性。

-引导学生反思自己对裂变和聚变知识的掌握程度，提出改进学习的建议。

6.作业布置（约5分钟）

-布置课后作业，包括复习本节课的知识点、查找相关资料进行拓展学习。

-鼓励学生思考裂变和聚变在未来的科技发展中的潜在应用。教学资源拓展1.拓展资源：

-核能发电的历史与发展：介绍核能发电的起源、发展历程以及当前全球核能发电的分布情况。

-核反应堆的类型：讲解不同类型的核反应堆，如轻水反应堆、重水反应堆、石墨反应堆等，以及它们的原理和应用。

-核能的安全性：探讨核能利用过程中的安全措施，包括核事故的预防、核废料的处理等。

-核聚变的研究进展：介绍当前核聚变研究的最新进展，如托卡马克装置、激光聚变等。

-核能的国际合作：展示国际社会在核能领域的合作项目，如国际热核聚变实验反应堆（ITER）。

2.拓展建议：

-学生可以阅读有关核能发电和核聚变技术的科普书籍，如《核能的奥秘》、《核聚变：未来的能源》等。

-鼓励学生参观当地的核电站或能源展览，亲身体验核能技术的实际应用。

-组织学生观看与核能相关的纪录片，如《核能：改变世界的力量》、《能源革命》等。

-学生可以参与学校的科学社团或科技活动，通过实验和模拟，加深对核能知识的理解。

-建议学生关注国际核能领域的最新动态，如ITER项目的进展、国际原子能机构（IAEA）的报告等。

-学生可以通过图书馆或网络资源查找关于核废料处理和核能安全的相关论文和报告，进行深入研究。

-鼓励学生参与科技竞赛，如全国青少年科技创新大赛，将所学知识应用于实际问题解决中。

-组织学生进行小组讨论，就核能的未来发展趋势、潜在风险以及伦理问题进行探讨。重点题型整理1.裂变反应计算题

-题目：铀-235（235U）在吸收一个中子后，发生裂变，生成两个中等质量的原子核，释放出3个中子和大量能量。已知裂变前后的质量变化为0.020u，求该裂变反应释放的能量（以MeV为单位）。

-答案：根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，其中c为光速，m为质量变化，E为能量变化。首先计算质量变化对应的能量变化：

ΔE=Δm*c²

ΔE=0.020u*(931.5MeV/u)

ΔE≈18.63MeV

因此，该裂变反应释放的能量约为18.63MeV。

2.聚变反应能量计算题

-题目：氘（²H）和氚（³H）发生聚变反应，生成氦-4（⁴He）和一个中子，释放出17.6MeV的能量。求该聚变反应中质量亏损。

-答案：同样使用质能方程，先计算能量变化对应的质能变化：

ΔE=Δm*c²

Δm=ΔE/c²

Δm=17.6MeV/(931.5MeV/u)

Δm≈0.0188u

因此，该聚变反应中的质量亏损约为0.0188u。

3.核反应方程书写题

-题目：书写氘（²H）和氚（³H）发生聚变反应生成氦-4（⁴He）和一个中子的核反应方程。

-答案：²H+³H→⁴He+¹n

4.核电站能量转换效率计算题

-题目：某核电站使用铀-235（235U）作为燃料，已知每克铀-235完全裂变释放的能量为200MeV，求该核电站的能量转换效率（假设电站的热效率为40%）。

-答案：首先计算每克铀-235裂变释放的总能量：

E_total=200MeV/g*1g

E_total=200MeV

然后计算实际输出的能量：

E_output=E_total*0.4

E_output=200MeV*0.4

E_output=80MeV

最后计算能量转换效率：

Efficiency=E_output/E_total

Efficiency=80MeV/200MeV

Efficiency=0.4或40%

5.核废料处理方案设计题

-题目：设计一种核废料处理方案，包括处理步骤和所需设备。

-答案：核废料处理方案设计题通常没有标准答案，以下是一个示例方案：

-处理步骤：

1.分类收集：将核废料按照放射性水平、形态等进行分类。

2.初步处理：对低放射性废料进行固化处理，如水泥固化、玻璃固化等。

3.高放射性废料处理：采用玻璃固化或金属包覆技术，将高放射性废料转化为稳定的固态形式。

4.长期储存：将处理后的核废料储存在专用设施中，如深地质处置库。

5.监测与维护：对储存设施进行长期监测，确保核废料的安全储存。所需设备包括固化设备、包装设备、储存设施等。板书设计1.裂变和聚变基本概念

①裂变：重核分裂成两个中等质量的原子核及中子的过程。

②聚变：轻核结合成较重的原子核的过程。

2.裂变过程

①能量释放：质量亏损转化为能量。

②反应方程：如²³⁵U+¹n→²³⁵U+³H→²³²Th+³⁴Xe+⁵n+能量。

3.聚变过程

①能量释放：质量亏损转化为能量。

②反应方程：如²H+³H→⁴He+¹n+能量。

4.裂变和聚变的条件

①裂变：临界质量和临界体积。

②聚变：高温高压。

5.核