2015-2016學(xué)年高中物理第三章原子核第5、6節(jié)核裂變核聚變教案教科版選修3-5

1、五、六 核裂變 核聚變教學(xué)目標(biāo)1知道核裂變、核聚變現(xiàn)象，理解核裂變、核聚變放出巨大能量的原理22能根據(jù) E=mc核裂變、核聚變情況下放出的能量3知道什么叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件；了解核電站工作原理4了解可控核聚變反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)、困難。重點(diǎn)難點(diǎn)2重點(diǎn)：（1）核裂變、核聚變現(xiàn)象； （2）能根據(jù) E=mc核裂變、核聚變情況下放出的能量難點(diǎn)：核裂變、核聚變放出巨大能量的原理、核電站工作原理設(shè)計(jì)思想核裂變、核聚變對(duì)學(xué)生而既熟悉又陌生， 平時(shí)都聽(tīng)說(shuō)過(guò)原子彈、核電站，特別是當(dāng)今的世界因 “核”而引發(fā)的各國(guó)之間口水戰(zhàn)， 學(xué)生或多或少都了解一些，這部分內(nèi)容學(xué)生一定很感興趣，所以，講授時(shí)我們可以以問(wèn)題的形式讓學(xué)生觀

2、看 PPT，自已去看書(shū)、思考，整理相關(guān)的知識(shí)，掌握要掌握的內(nèi)容。教學(xué)資源 多媒體課件教學(xué)設(shè)計(jì)【課堂引入】問(wèn)題： 在上一節(jié)中，我們學(xué)習(xí)了原子核的比結(jié)合能曲線(xiàn)， 知道中等核的比結(jié)合能最大， 那么一個(gè)重核分裂成兩個(gè)中等原子核或兩個(gè)較輕原子核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大原子核時(shí)要釋放能量還是要吸收能量呢？【課堂學(xué)習(xí)】一、核裂變核裂變：重核分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核并釋放出核能的反應(yīng)，稱(chēng)為核裂變。鈾核的裂變：用中子（10n）轟擊鈾核，鈾核發(fā)生裂變，分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，從而釋放出巨大能量。核裂變的方程：?jiǎn)栴} 1：寫(xiě)重核裂變方程應(yīng)注意什么？（1）滿(mǎn)足“質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)”守恒；（2）只能用“ ”，不能用“ =”；（

3、3）兩邊的中子不能約去學(xué)習(xí)活動(dòng)一： 在核裂變23592 U10 n 14156 Ba92 136 Kr30n 反應(yīng)中，質(zhì)量虧損 m=0.2153u，則（1）一個(gè)鈾核裂變釋放多少能量 E？平均每個(gè)核子釋放的能量 E0 是多少解：E=m 931.5Mev=200.55Mev E 0=E/235=0.853Mev（2）1g 這樣的鈾（原子核質(zhì)量 m=235.0439u）發(fā)生裂變放出多少能量 E？這些能量相當(dāng)于燃燒多少煤所釋放的化學(xué)能（無(wú)煙煤的燃燒 3.35 10 7J/kg ）？ 23 -13 /235=8.22 1012J解：E=1 6.02 10 200.55 1.6 10m=8.22 10 1

4、2/3.35 107=2.45 103kg由此可見(jiàn)核能是十分巨大的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)學(xué)習(xí)活動(dòng)二： 觀看 PPT，掌握有關(guān)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的知識(shí)235鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： U92 核裂變釋放出能量的同時(shí)，平均每次可以放出 23 個(gè)中子，這些中子又235 轟擊其他 U92 核，使之發(fā)生裂變，這樣不斷繼續(xù)，使裂變反應(yīng)就會(huì)持續(xù)進(jìn)行，就形成了裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（原子彈就是利用重核的裂變）問(wèn)題 2： 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的維持需要什么條件？（鈾塊體積足夠大）臨界體積 ：通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界 體積。核電站 學(xué)習(xí)活動(dòng)三： 觀看 PPT及書(shū)上相關(guān)的內(nèi)容，總結(jié)出相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)核電站的核心部位核反應(yīng)堆：在人為控制下安全進(jìn)行鏈?zhǔn)椒?/p>

5、應(yīng)核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒核反應(yīng)堆 慢化劑（石墨、重水和普通水） ：使快中子 慢中子（熱中子）鎘棒：吸收中子，控制反應(yīng)速度混凝土防護(hù)層學(xué)習(xí)活動(dòng)四：核能給我們帶來(lái)好處，同時(shí)也給我們帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，你能舉例說(shuō)明嗎？如：核廢料的處理、校電站的安全二、核聚變核聚變：把輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)（氫彈主要利用的核聚變）如：1 11H+0n21H+Q2 21H+1H42H+Q問(wèn)題 3： 核聚變有何條件？（課本 P56）（原子核帶正電，之間存在庫(kù)侖斥力，故需要足夠高的溫度（足夠的動(dòng)能） 使兩原子核達(dá)到核力的作用范圍， 然后通過(guò)核力作用發(fā)生聚變， 此后就不需要外界再提供能量， 靠自身的能量就可以使反應(yīng)繼續(xù)）問(wèn)

6、題 4： 核聚變?yōu)楹斡址Q(chēng)“熱核反應(yīng)”？問(wèn)題 5： 核聚變與核裂變相比有那些優(yōu)點(diǎn)？（1）相同質(zhì)量的燃燒核聚變能釋放更多的能量（2）核聚變沒(méi)有象核裂變產(chǎn)生放射性廢料（3）核聚變的燃燒氘在地球上非常豐富問(wèn)題 6： 核聚變與核裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)，為什么現(xiàn)在仍利用核裂變發(fā)電？（核聚變?cè)诩夹g(shù)難以控制）可控核聚變反應(yīng)研究進(jìn)展（課本 P58）聚變反應(yīng)堆：可控?zé)岷朔磻?yīng)（托卡馬克受控?zé)岷朔磻?yīng)）聚變反應(yīng)具有普遍性，它在宇宙中時(shí)刻進(jìn)行著，太陽(yáng)內(nèi)部就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低的能源3學(xué)習(xí)活動(dòng)五： 已知氘核質(zhì)量為 2.0136u ，中子質(zhì)量為 1.0087u ， 2He核的質(zhì)量為

7、3.0150u. （1）寫(xiě)出兩個(gè)氘核結(jié)合成32H e的核反應(yīng)方程。 （2）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能 .( 已知1u相當(dāng)于931.5MeV能量)解：（1）21H21H32H e10n （2）E=3.26Mev【板書(shū)設(shè)計(jì)】一、重核裂變核裂變： 重核分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核并釋放出核能的反應(yīng)（原子彈）鈾核的裂變：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及條件2核電站 核電站的核心部位核反應(yīng)堆：在人為控制下安全進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒核反應(yīng)堆 慢化劑（石墨、重水和普通水） ：使快中子 慢中子（熱中子）鎘棒：吸收中子，控制反應(yīng)速度混凝土防護(hù)層二、輕核聚變核聚變：把輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)（氫彈）熱核反應(yīng)1 11H

8、+0n21H+Q2 21H+1H42H+Q可控核聚變反應(yīng)研究進(jìn)展聚變反應(yīng)堆：可控?zé)岷朔磻?yīng)（托卡馬克受控?zé)岷朔磻?yīng)）太陽(yáng)內(nèi)部就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低的能源【課堂反饋】235 139 941. 92 U 吸收一個(gè)慢中子后 , 分裂成 Xe 38 , 同時(shí)還放出 ( )54 和 SrA1 個(gè) 粒子 B 1 個(gè)氘核 C 2 個(gè)中子 D3 個(gè)中子2. 設(shè)質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為 m1、m2 和 m3, 那么, 當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核時(shí) , 釋放的能量是 ( )Amc 1+ m2)c 2. B (m2. B (m2 C (m3-m2-m1)c2 D

9、(m1+m2-m3)c23一核反應(yīng)方程為1 1 20n+ 1H+2.22MeV,以下說(shuō)法中不正確的是( )1H1A. 0n 和11H結(jié)合成21H要釋放 2.22MeV 核能.B.該逆過(guò)程的反應(yīng)式是 :21H +1 10n+ 1H.C.把21H分解成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子至少要吸收 2.22MeV 的能量才行 .1D. 0n 和11H結(jié)合成21H要吸收 2.22MeV 核能.4下列核反應(yīng)方程式中 , 表示輕核聚變過(guò)程的是 ( )30A. 15P3014Si+01e B.2 31H+1H4 12He+0n14 14 0C. 6C 7N+-1 e D.23892U234 490Th+ 2He5對(duì)于下述四

10、個(gè)核反應(yīng)方程說(shuō)法中正確的有 ( )9 4 12 1 3 1 4 Be He C n4 1 H H He 能量2 6 0 1 2235 1 90 136 1 19 16 4 92 U n Sr Xe x n F Y O He0 38 54 0 9 8 2A 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 B是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)方程C是核裂變方程 , 其中 x=10 D是 衰變方程 , 其中 Y 是質(zhì)子6科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽(yáng)內(nèi)部 4 個(gè)氫核（11H）轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核（42H e）和兩個(gè)正電子（01e）并放出能量。已知質(zhì)子質(zhì)量3mP = 1.0073u ， 粒子的質(zhì)量 m = 4.

11、0015u ，電子的質(zhì)量 me = 0.0005u 1u 的質(zhì)量相當(dāng)于931.MeV 的能量寫(xiě)出該熱核反應(yīng)方程？一次這樣的熱核反應(yīng)過(guò)程中釋放出多少 MeV的能量 ?（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）答案： 1D 2 D 3 D 4 B 5 AC164 1H4 02H e2 1e 24.87Mev【課后測(cè)評(píng)】11. 有三個(gè)核反應(yīng)方稗 , 分別是： 4 1H4 02He+2 1e,22688Ra222 486Rn+2He,235 1 90 136 192U+0n 34Se+ 58Sr+10 0n，它們的核反應(yīng)類(lèi)型分別是 ( )A裂變、裂變、衰變 B 衰變、衰變、人工轉(zhuǎn)變C人工轉(zhuǎn)變、裂變、裂變 D 聚變、衰變

12、、裂變2. 下列原子核反應(yīng)式中 ,x 代表 粒子的反應(yīng)式是 ( )4 9 12 234 234A 2 He Be C x B Th Pa x4 6 90 912 3 1 30 30C 1 H H n x D. P Si x1 0 15 143太陽(yáng)輻射能量住要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的 ( )A化學(xué)反應(yīng) B放射性衰變 C裂變反應(yīng) D熱核反應(yīng)4（2012 廣東卷） 下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有（ ）A3 2 4 11 H 1 H 2 He 0 n 是核聚變反應(yīng)B3 2 4 11 H 1 H 2 He 0 n 是 衰變C235 1 140 94 192U 0 n 54 Xe 38 Sr 20n 是核裂變

13、反應(yīng)D235 1 140 94 192U 0 n 54 Xe 38 Sr 20n 是 衰變5(2012 全國(guó)新課標(biāo) )（1）氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：2 3 4H+ H He+x ，式中 x 是某種粒子。已知：1 1 22 3 4H、 H、 He和粒子 x 的質(zhì)量分別為 2.0141u 、1 1 23.0161u 、4.0026u 和 1.0087u ；1u=931.5MeV/c2，c 是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子 x 是_，該反應(yīng)釋放出的能量為 _ MeV（結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字）6在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。 核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)， 釋放出大量的核能。（1）核反應(yīng)方程23592 U10 n 14156 Ba9236 KraX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，則 的值為多少， X 表示哪一種核？4（2）上述反應(yīng)中，分別用 mU、mBa、mKr 表示23592 U、14156 Ba、9236 Kr 的質(zhì)量，用 mn 和 mp 表示中子和質(zhì)子的質(zhì)量，則