第二十二章第2節(jié)核能 教案-人教版九年級物理全冊

第2節(jié)核能設(shè)計說明本節(jié)內(nèi)容由“核能”“裂變”“聚變”三部分組成。學生由于對裂變、聚變、鏈式反應(yīng)等概念比較陌生，所以在教學過程中，以講授為主，貫穿始終。核能的學習先復習學過的原子結(jié)構(gòu)，然后通過展示圖片和數(shù)據(jù)資料得出核能的定義，這樣由已有知識自然過渡到新知識，學生更容易接受。裂變部分先介紹裂變的定義，而做好火柴持續(xù)燃燒類比鏈式反應(yīng)的實驗是解決裂變難點的關(guān)鍵。通過圖片對比，幫助學生對加以控制的核反應(yīng)和不加控制的核反應(yīng)形成清晰的認識。學習裂變后，利用逆向思維法引出另一種核能方式——聚變，然后通過圖例分析和氫彈爆炸等視頻，使學生了解聚變。教學目標【知識與技能】1.了解原子、原子核的結(jié)構(gòu)。2.知道核能的優(yōu)點和可能帶來的問題，了解我國和世界核能利用新進展。3.了解核裂變、核聚變?！具^程與方法】通過類比的方法來研究核裂變的過程。【情感、態(tài)度與價值觀】知道核能的優(yōu)點和可能帶來的問題，了解我國和世界核能利用新進展。采用辯證的思想來看待核能的利用和危害。重點難點教學重點核能的由來及其優(yōu)點和可能帶來的問題。教學難點裂變和聚變。教學方法講授法。教具、學具學生用：火柴一盒。教師用：核電站教學資料片、原子彈和氫彈教學資料片、原子和原子核的掛圖、鏈式反應(yīng)的教學掛圖。授課時數(shù)1課時教學過程回顧思考1.原子由_________和_________組成。2.可以直接從自然界中獲取的能源稱為_________能源；無法直接從自然界中獲取，必須通過一次能源的消耗才能得到的能源，稱為_________能源；核能屬于_________能源。3.發(fā)電機是將_________能轉(zhuǎn)化為_________能的裝置。導入新課大家知道，我國是個能源消耗大國，每年的各種能源如煤、石油、天然氣等消耗巨大，折合標準煤20億噸。20億噸是什么概念？如果把這些煤堆成1m高、1m寬的堤壩，長度達106(學生討論、交流并回答)有的同學說要不斷開發(fā)新能源，有的同學說開發(fā)利用取之不盡、用之不竭的太陽能……同學們的意見都很有道理，都是解決人類能源危機的好方法。今天我們就來學習一種有望在將來徹底解決人類能源危機的新能源——核能。講授新課一、核能師：科學家通過對放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，利用高速粒子轟擊原子核時發(fā)現(xiàn)原子核是可以改變的，在某些改變中會釋放大量的能量，這就是核能。有同學能夠說說核能的威力嗎？請同學們看幾幅圖:觀看視頻：廣島原子彈爆炸瞬間。原子彈為什么有這么大的威力呢？這要從原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)說起。師：誰能結(jié)合著原子結(jié)構(gòu)圖說一下原子的結(jié)構(gòu)？生：原子由居于原子中心的原子核和核外的電子組成，原子核又由質(zhì)子和中子組成。師：質(zhì)子帶正電，中子不帶電，它們集中在原子的中心，形成一個非常小的核，就像幾顆豆粒擠在原子這個大廣場的中央。師：原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子依靠強大的核力緊緊地結(jié)合在一起，因此原子核十分牢固，要使它們分裂或結(jié)合是極其困難的。為了研究原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物理學家們嘗試用粒子去“轟擊”原子核，最初是用α粒子去轟擊，后來又用質(zhì)子、中子去轟擊，發(fā)現(xiàn)都能引起原子核的變化——核反應(yīng)，而且發(fā)現(xiàn)在某些核反應(yīng)過程中能釋放出大量能量。由于原子核的變化而釋放的巨大能量，我們把它叫做核能。原子核發(fā)生改變有兩種情況，一種是質(zhì)量較大的原子核裂變成質(zhì)量較小的核；一種是由兩個較輕的原子核聚合成一個較重的原子核。這兩種原子核發(fā)生改變的過程中都會伴隨著巨大的能量釋放。二、裂變1.展示資料：1934年至1938年，科學家用中子轟擊質(zhì)量比較大的鈾235原子核，使其裂變成兩個質(zhì)量中等大小的原子核，同時釋放出2~3個中子，這個過程釋放出巨大的能量。1kg鈾完全裂變釋放的能量將超過2000t煤完全燃燒釋放的能量。師：鈾235只有在中子的轟擊下才能發(fā)生裂變并釋放核能，那么是不是要不斷地從外界提供中子才能使反應(yīng)不斷進行呢？下面我們做一個實驗。2.引導學生用火柴模擬鏈式反應(yīng)。用火柴模擬鏈式反應(yīng)3.展示鏈式反應(yīng)原理的動畫。師：用中子轟擊鈾235原子核，鈾核分裂時釋放出核能，同時還會產(chǎn)生出幾個新的中子，這些中子又會轟擊其他鈾核……于是就導致了一系列鈾核持續(xù)裂變并釋放出巨大的核能，這就是鏈式反應(yīng)。鏈式反應(yīng)示意圖4.核電站核電站利用可控的核裂變發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆中的鏈式反應(yīng)是可以控制的。我國2003年建成的秦山核電站三期工程已經(jīng)投入運行。核反應(yīng)堆秦山核電站教師出示掛圖，講解核電站工作流程及能量轉(zhuǎn)化。(1)核電站工作流程(如圖所示)。①第一回路中的水或其他液體被泵壓入核反應(yīng)堆，在那里加熱，然后進入熱交換器，把熱量傳給第二回路的水，以后又被泵壓回到反應(yīng)堆里。②在熱交換器內(nèi)，第二回路中的水經(jīng)加熱生成高溫高壓蒸汽送入汽輪機，驅(qū)動汽輪機做功后溫度和壓強都降低，進入冷凝器，最后又由泵把它壓回熱交換器。③高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。(2)能量轉(zhuǎn)化：核能→內(nèi)能→機械能→電能。5.原子彈鏈式反應(yīng)如果不加控制，大量原子核就會在一瞬間發(fā)生裂變，產(chǎn)生極大的破壞性力量，這就是原子彈的制造原理，1945年，利用不加控制的核裂變制造的毀滅性武器——原子彈爆炸了。中國人民熱愛和平，但為了抵制核大國的威脅，于1964年10月16日第一顆原子彈試驗成功。三、聚變1.聚變師：除裂變可以獲得核能外，還有一種獲得核能的方法就是聚變。什么是聚變呢？觀看聚變反應(yīng)示意圖。師：兩個質(zhì)量很小的原子核，在超高溫下結(jié)合成新的原子核，同時釋放出核能的過程，叫聚變。目前聚變還不能控制，如何控制核聚變？望同學們今后為此作出貢獻。師：核聚變目前無法控制，但可以用來制造氫彈。我國科學家用不到三年的時間研制，于1967年6月17日，第一顆氫彈試驗爆炸。氫彈的威力大于原子彈。觀看“中國氫彈爆炸視頻”。2.核能的利用閱讀教材第172頁“科學·技術(shù)·社會——核電站和核廢料處理”和觀看2011年日本福島第一核電站發(fā)生爆炸的視頻。師：小組討論，然后總結(jié)出核能的優(yōu)點。生1：核能發(fā)電不像化石燃料一樣向大氣排放大量的污染物質(zhì)，這樣就避免了大氣污染的問題和一系列諸如溫室效應(yīng)等打破自然調(diào)節(jié)能力的不良效應(yīng)。生2：核電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便。生3：核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟形勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法穩(wěn)定。師：小組討論，總結(jié)出核能可能帶來的問題。生1：核能利用過程中產(chǎn)生的放射性廢料以及核燃料，雖量不大但其放射性依然會給我們帶來致命的危害。生2：核能發(fā)電站投資大，風險高，一旦建立則要消耗大量的人力物力去確保它的運轉(zhuǎn)。生3：給世界和平帶來了隱患。課堂小結(jié)當堂達標1．組成原子核的粒子是（）A．帶正電的質(zhì)子和帶負電的電子B．帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子C．帶正帶的質(zhì)子、帶負電的電子和不帶電的中子D．帶負電的電子和不帶電的中子答案：B2．關(guān)于核能，下列說法中正確的是（）A．核能很小，無法利用B．核能巨大，但現(xiàn)在無法利用C．核動力航母利用的是核能D．核能是可再生的答案：C3．關(guān)于裂變反應(yīng)，下列說法中錯誤的是（）A．所有原子核都能發(fā)生裂變反應(yīng)釋放能量B．裂變反應(yīng)是重原子核吸收中子后發(fā)生的C．原子彈是利用鏈式反應(yīng)釋放的能量D．核電站是利用可控鏈式反應(yīng)釋放的能量答案：A4.（2020·武漢）關(guān)于能源，下列說法正確的是（）A.電能、地熱能都是一次能源B.風能、水能、太陽能都是不可再生能源C.核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈式反應(yīng)，是可以控制的D.大量氫核的裂變，可以在瞬間釋放出巨大的核能答案：C解析：電能是二次能源，A錯誤；風能、水能、太陽能都是可再生能源，B錯誤；核反應(yīng)堆是利用核裂變產(chǎn)生的能量發(fā)電，發(fā)生的是可以控制的鏈式反應(yīng)，C正確；大量氫核發(fā)生聚變可以釋放巨大的核能，D錯誤。5.下圖表示用中子轟擊鈾-235原子核產(chǎn)生氪核和鋇核的模型。下列敘述正確的是（）A.該模型表示的是核聚變B.該反應(yīng)產(chǎn)生的中子可繼續(xù)轟擊其他鈾核形成鏈式反應(yīng)C.該反應(yīng)不會產(chǎn)生放射性物質(zhì)D.不能用該反應(yīng)獲得能量的方式來發(fā)電答案：B解析：該模型表示的是核裂變，產(chǎn)生的中子可繼續(xù)轟擊其他鈾核形成鏈式反應(yīng)，過程中會產(chǎn)生放射性物質(zhì)，核電站中的核反應(yīng)堆就是利用核裂變的原理，A、C、D錯誤，B正確。6.核能是一種_________（選填“可再生”或“不可再生”）能源。核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆是通過可控_________（選填“核裂變”或“核聚變”）反應(yīng)釋放核能的設(shè)備。核電站中的汽輪機屬于_________（選填“發(fā)電機”“電動機”或“熱機”）。答案：不可再生核裂變熱機解析：核能是一種不可再生能源，核電站都是利用核裂變釋放的能量來發(fā)電的，