浙教版科學(xué)九年級上冊教案 第3章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 第7節(jié) 核能

第7節(jié)核能【知識(shí)目標(biāo)】知道原子核的裂變和聚變是獲得核能的兩種方式了解和平利用核能的方式了解核能和平利用的進(jìn)展，了解核能的優(yōu)點(diǎn)和核能開發(fā)可能帶來的問題了解核電站中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化【能力目標(biāo)】能根據(jù)示意圖來區(qū)分裂變和聚變【情感目標(biāo)】通過對核電站的了解使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)技術(shù)對人類社會(huì)帶來的巨大變化通過對核事故的了解使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：科學(xué)技術(shù)是在不斷的進(jìn)步的。知道原子核的裂變和聚變是獲得核能的兩種方式。（一）、創(chuàng)設(shè)情景，引入新課原子彈爆炸時(shí)的情景爆炸后的長崎1945年8月6日和8月9日，美國將兩顆外號(hào)為“小男孩”和“胖子”的原子彈，分別投到廣島和長崎，原子彈爆炸時(shí)釋放的巨大能量使這兩座城市在瞬間化為廢墟?！驹O(shè)問】你知道原子彈爆炸巨大的能量是怎么產(chǎn)生的？（二）、新課學(xué)習(xí)提問：請根據(jù)化學(xué)課中講過的內(nèi)容，說說原子和原子核的組成情況？教師歸納小結(jié)學(xué)生的回答，要求學(xué)生明確：任何物質(zhì)的原子都是由位于原子中心區(qū)域帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子組成的；原子核又是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）組成的。板書：講述：科學(xué)家在研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了極其微小的原子核內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)，原子核也是可以變化的。為了研究原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物理學(xué)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。(1)什么叫核能？由于原子核的變化而釋放的巨大能量叫做核能，也叫原子能。(2)釋放核能的兩條途徑：經(jīng)過科學(xué)家們的大量實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，發(fā)現(xiàn)釋放核能可以有重核的裂變和輕核的聚變兩條途徑。一、裂變1定義：質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分為2個(gè)新原子核，并釋放出能量的過程。舉例：用中子轟擊鈾235，可以使它分裂，變成兩個(gè)新核（氪和鋇），同時(shí)向外放出能量和產(chǎn)生幾個(gè)新的中子，這些中子如果繼續(xù)轟擊其他鈾核，就會(huì)導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。提問：從圖中看到，鈾235只有在中子的轟擊下才能發(fā)生裂變，放出核能，那么是不是要不斷地從外界提供中子，才能維持鈾核的不斷裂變呢？分析：科學(xué)家們從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，（指著鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的掛圖講解）鈾235核在受到中子的轟擊后，裂變成2個(gè)差不多大小的新粒子的同時(shí)，還釋放出2～3個(gè)新中子，這2～3個(gè)中子又去轟擊其它鈾235核，引起2～3個(gè)新鈾核裂變，又各放出2～3個(gè)中子，這些中子又去轟擊更多的鈾核發(fā)生裂變……隨著一個(gè)鈾核裂變的發(fā)生，會(huì)引起越來越多的鈾核發(fā)生裂變。這樣，裂變就不斷地自行持續(xù)下去，這種現(xiàn)象叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，裂變時(shí)釋放的核能十分巨大，1千克鈾235中的鈾核如果全部發(fā)生裂變，釋放出的核能相當(dāng)于2500噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的能量。是同樣質(zhì)量煤燃料時(shí)放出能量的2.5×106倍。2、原子彈就是根據(jù)裂變的原理制成的。講解：如果對裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)引起大量的鈾核發(fā)生裂變，在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)釋放出巨大的核能，發(fā)生猛烈的爆炸。原子彈就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。（指著原子彈爆炸后升起的蘑菇云掛圖）這就是原子彈爆炸時(shí)釋放的巨大核能產(chǎn)生的高溫高壓氣體向外擴(kuò)散時(shí)所升起的蘑菇狀煙云，其上升的高度可達(dá)幾百米，其破壞力和殺傷力都是十分巨大的。二、聚變：1定義：使2個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核，同時(shí)釋放出能量的過程叫聚變。舉例：氘核和氚核在超高溫下聚合成氦核，并向外放出能量。聚變需要很高的溫度，所以也叫熱核反應(yīng)。分析：由于聚變必須在極高的溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行，所以也叫熱核反應(yīng)。例如把一個(gè)氘核（質(zhì)量數(shù)為2的氫核）和一個(gè)氚核（質(zhì)量數(shù)為3的氫核）在高溫、高壓的環(huán)境下結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)，就會(huì)釋放出核能。質(zhì)量相同的核材料，聚變反應(yīng)釋放的核能比裂變反應(yīng)要多得多。氫彈就是利用這個(gè)原理制成的。氫彈的威力比原子彈要大得多，（指著氫彈爆炸后升起的蘑菇云掛圖說）這是氫彈爆炸后升起的蘑菇云，比原子彈的威力要大幾十倍。2、氫彈就是根據(jù)聚變的原理制造的，我們最熟悉的太陽內(nèi)部就在不斷地進(jìn)行著大規(guī)模的核聚變反應(yīng)，由此釋放出的巨大核能以電磁波的形式從太陽輻射出來，地球上的人類自古以來，每天都享用著這種聚變釋放出的核能。歷史上的成就：我國物理學(xué)家在核物理的研究方面也取得了重大成就。早在40年代，物理學(xué)家錢三強(qiáng)和何澤慧在法國學(xué)習(xí)和工作期間與法國兩個(gè)研究生一起，第一次發(fā)現(xiàn)了鈾核裂變的三分裂和四分裂現(xiàn)象。解放后從1960年開始，王淦昌等一批優(yōu)秀的物理學(xué)家和其他人員，在西北高原的實(shí)驗(yàn)室里，在荒無人煙的沙漠試驗(yàn)場中奮發(fā)圖強(qiáng)、艱苦奮斗，經(jīng)過短短4年的艱辛工作，于1964年10月16日成功地爆炸了我國的第一顆原子彈（播放我國第一顆原子彈試爆的錄像資料），這情景是多么感人。為了趕超世界先進(jìn)水平，科學(xué)家們沒有滿足，又經(jīng)過兩年多時(shí)間的緊張工作，于1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫彈。【過渡】氫彈和原子彈爆炸時(shí)會(huì)放出大量的能量，在戰(zhàn)爭中使用原子彈和氫彈會(huì)給人們帶來巨大的傷害。但是如果對核能進(jìn)行和平的利用也會(huì)給人們帶來好處。三、核能的和平利用——核電站講述；現(xiàn)在人們能有效地使聚變在人工控制下進(jìn)行，從而和平利用聚變釋放的核能．由于聚變不但放出的能量更多，而且所使用的原料來源也極為豐富，可以從海水中提?。?，從幾升海水中提出的氘在發(fā)生聚變后可以提供相當(dāng)于燃燒1千多升石油放出的能量．因此，目前世界上許多國家都在積極研究核聚變的人工控制。如果使原子核的裂變和聚變在可以控制的條件下緩慢進(jìn)行，釋放的核能就可以有效地利用。目前的核電站就是利用原子核裂變時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，使水變成水蒸氣，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的。核電站的工作原理①第一回路在第一回路中，先用泵把水或其他液體壓入核反應(yīng)堆，在那里獲得鈾核裂變釋放的核能，被加熱，然后進(jìn)入熱交換器，在那里把熱量傳遞給第二回路中的水，再被泵壓回反應(yīng)堆重新被加熱．②第二回路在熱交換器內(nèi)，第二回路中的水被加熱成高溫高壓蒸汽后，進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)推動(dòng)汽輪機(jī)做功，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能．做功后的蒸汽溫度和壓強(qiáng)都降低了，它將進(jìn)入冷凝器冷卻成水，再由泵壓回?zé)峤粨Q器重新加熱成高溫高壓蒸汽．③汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電通過兩個(gè)回路的不斷循環(huán)，把核反應(yīng)堆中鈾核裂變釋放的核能，源源不斷地轉(zhuǎn)化成第二回路中水的內(nèi)能，去推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)化成我們所需要的電能．這就是核電站的工作原理．【學(xué)生活動(dòng)】請?zhí)顚懴铝蟹娇?，以反映核電站中發(fā)生的能量變化。核能核能資料1、通過核能發(fā)電，使得廣東和香港兩地每年減少燃煤消耗370萬噸，從而大大減少了導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”和酸雨的氣體年度排放量，包括二氧化碳排放900萬噸、二氧化硫排放17萬噸、一氧化氮3萬噸，以及空氣中的塵埃數(shù)千噸。資料2、1994年，全世界核電站的發(fā)電量占總發(fā)電量的17％，法國2001年的核能發(fā)電量占全國當(dāng)年總發(fā)電量的76％，核能發(fā)電比例位居全球第一，去年中國的發(fā)電總量為一點(diǎn)二三萬億度，其中火電為一點(diǎn)零零三萬億度，占百分之八十一點(diǎn)五四，水電零點(diǎn)二一一一一萬億度，占百分之十七點(diǎn)一六，核電為一百五十二億度，占中國發(fā)電總量的百分之一點(diǎn)二三。資料3、秦山核電站位于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營管理的30萬千瓦壓水堆核電站。1985年3月澆灌第一罐核島底板混凝土，1991年12月首次并網(wǎng)發(fā)電，1994年4月設(shè)入商業(yè)運(yùn)行，1995年7月通過國家驗(yàn)收。它的建成投產(chǎn)結(jié)束了祖國大陸無核電的歷史，是我國和平利用核能的光輝典范，同時(shí)也使我國成為繼美、英、法、前蘇聯(lián)、加拿大、瑞典之后世界上第七個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的國家?！驹O(shè)疑】同樣是利用核能，為什么核電站不會(huì)像原子彈那樣爆炸？分析：核燃料中鈾-235的含量約為3％，而核炸藥中的鈾-235含量高達(dá)90％以上，正像啤酒和白酒都含有酒精，白酒因酒精含量高可以點(diǎn)燃，而啤酒則因酒精含量低卻不能點(diǎn)燃一樣。原子彈同樣是一項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)品，形成核爆炸有非常嚴(yán)格的條件。原子彈必須用高濃度的鈾-235或钚-239作核裝料，以一套精密復(fù)雜的系統(tǒng)引爆高能烈性炸藥，利用爆炸力在瞬間精確地改變核裝料的形狀或位置，才能形成不可控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，發(fā)生核爆炸。這種苛刻的條件，在核電站里是不可能有的。【過渡】原子核的裂變和聚變都會(huì)產(chǎn)生一些放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)的原子核內(nèi)部會(huì)外輻射出肉眼看不見的，能量很高的射線。如α射線、β射線、γ射線。四、放射性大劑量的放射性對人畜會(huì)造成很大的傷害，通常用右邊的符號(hào)來表示它屬于放射性物質(zhì)建造核電站通常要修建很厚的水泥防護(hù)層，防止反射線的外泄而造成放射性污染。放射性物質(zhì)不一定是核反應(yīng)的產(chǎn)物，