5.4 核裂變與核聚變

“教學評”一體化教學設計課時設計課題5.4核裂變與核聚變課型新授課eq\o\ac(□,√)復習課□試卷講評課□其他課□授課班級高三年級（）班授課時間年月日教學內容分析物理觀念：知道核裂變與核聚變、鏈式反應及粒子的基本概念，了解原子彈、核反應堆、聚變反應條件、新粒子的內容?？茖W思維：掌握鏈式反應及核聚變釋放能量的計算，理解核電站的工作原理，掌握輕核聚變的條件，提高分析、解決問題的能力。科學探究：通過對鏈式反應的探究，理解原子彈、核反應堆的原理，體會熱核反應的條件及科學發(fā)現新粒子的進步?？茖W態(tài)度與責任：學習科學家們研究問題的方法，堅持實事求是的科學態(tài)度，體驗其工作的艱辛，激發(fā)探索未來科學的熱情。學習者分析學生對原子物理知識比較陌生，對原子物理的思維研究方法等存在一定困難學習目標核裂變與核聚變、鏈式反應及粒子的基本概念，鏈式反應及核聚變釋放能量的計算。鏈式反應及核聚變釋放能量的計算教學準備多媒體課件活動設計提問檢查預習，提出問題，討論教學內容教師活動學生活動評價任務活動一：新知引入導入新課較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢?閱讀課本問題，思考如何利用原子核在分裂和合并過程中產生的能量。觀察原子彈爆炸的圖片。通過引導學生思考如何利用原子核分裂和合并過程中產生的能量。提高學生的學習興趣?；顒佣盒轮懻撝v授新課一、核裂變的發(fā)現裂變:重核分裂成質量較小的核，并釋放核能的反應。鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過條件：每次裂變產生的中子，至少平均有一個能引發(fā)新的裂變①保證的純度←提純②鈾塊的大小臨界體積:裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積相應的質量：臨界質量二分裂質量數守恒，電荷守恒如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當于2800t標準煤完全燃燒時放出的化學能。課堂練習：1、(多選)關于裂變反應,下列說法正確的是()A.用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變,其一定分裂為質量差不多的兩部分B.鈾核裂變?yōu)橹械荣|量的原子核一定釋放能量C.鈾核發(fā)生裂變時可能分裂成兩部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應解析：用中子和轟擊等少數重核元素才能發(fā)生裂變反應,鈾核裂變時可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產生兩部分的概率最大,A、D錯誤,C正確;鈾核裂變?yōu)橹械荣|量的原子核時一定釋放能量,B正確。答案：BC二、反應堆與核電站核反應堆：人工控制鏈式反應的裝置核能發(fā)電的基本原理二戰(zhàn)時期，美國原子彈突襲廣島和長崎造成了巨大的毀傷。在長崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團，爆炸產生的氣流、煙塵直沖云天，高達12英里多，長崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%；廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總人數占全市總人口的53%。課堂練習2、(多選)關于核反應堆,下列說法正確的是()A.鈾棒是核燃料,裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能解析：鈾棒是核燃料,裂變時可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強,作用是調節(jié)中子數目以控制反應速度,即控制反應堆功率,故B正確;慢中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯誤;水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應堆內外循環(huán)流動,把反應堆內的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時也使反應堆冷卻,控制溫度,故D正確。答案：ABD三、核聚變核聚變：某些輕核能夠結合在一起，生成一個較大的原子核的核反應思考討論：發(fā)生聚變的條件:使原子核間的距離達到10-15m以內，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們靠近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。也就是說，原子核要有很大的動能才會“撞”到一起。什么辦法能使大量的原子核獲得足夠的動能而發(fā)生核聚變呢？方法:①用加速器加速原子核②原子核加熱到很高的溫度108～109K1、受控核聚變熱核反應和裂變反應相比較，具有許多優(yōu)越性1）輕核聚變產能效率高2）地球上聚變燃料的儲量豐富（每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬億噸氘。氚可以利用鋰來制取，地球上鋰儲量有2000億噸）3）輕聚變更為安全、清潔（高溫不能維持反應就能自動終止，聚變產生的氦是沒有放射性的。廢物主要是泄露的氘，高速中子，質子與其他物質反應生成的發(fā)射性物質，比裂變反應堆生成的廢物數量少，容易處理）2、實現核聚變的方法①難點：地球上沒有任何容器能夠經受幾百萬開爾文的高溫。②方案：科學家設想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。磁約束：帶電粒子運動時在均勻磁場中會在洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場來約束參加反應的物質。慣性約束：由于聚變反應的時間非常短，聚變物質因自身的慣性還來不及擴散就完成了核反應。在慣性約束下，可以用激光從各個方向照射參加反應的物質，使它們“擠”在一起發(fā)生反應。四、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別課堂練習3、關于輕核聚變釋放核能,下列說法正確的是()A.一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多B.聚變反應每個核子釋放的平均能量一定比裂變反應大C.聚變反應中粒子的比結合能變小D.聚變反應中由于形成質量較大的核,故反應后質量增大解析：在一次聚變反應中釋放的能量不一定比裂變反應多,故A錯誤;由于聚變反應中釋放出巨大的能量,則比結合能一定增加,質量發(fā)生虧損,故C、D錯誤。答案：B學習裂變的概念。知道裂變的過程。閱讀課本120頁內容，總結鏈式反應的概念以及發(fā)生鏈式反應的條件。通過核裂變方程，觀察核反應遵循的規(guī)律：質量數守恒、電荷守恒。完成課堂練習。觀察核反應堆結構。閱讀材料。完成課堂練習。類比核裂變理解記憶核聚變的含義。思考讓粒子加速的方法。閱讀課本材料。了解實現核聚變的困難之處和所采取的方案?？偨Y對比核裂變和核聚變的區(qū)別和聯系。完成課堂練習。通過類比細胞的分裂，讓學生更好的理解“裂變”的概念。采用學生閱讀材料，總結知識點的方式，讓學生明確鏈式反應的概念，并由學生總結鏈式反應發(fā)生的條件。提高學生的自主學習能力。通過課堂練習，鞏固基礎知識。通過觀察核反應堆的結構圖、閱讀課本材料，理解人工控制鏈式反應的原理。學生明白科技在推動人類進步的同時，也可以給人們帶來災難，培養(yǎng)學生的愛國主義精神。讓學生在學習過程中學會對比和歸納。養(yǎng)成良好的學習習慣。引導學生在平時的學習過程中養(yǎng)成歸納、總結、類比的學習習慣。拓展提高1、(多選)日本福島第一核電站在地震后,數秒內就將控制棒插入核反應堆芯,終止了鈾的裂變鏈式反應。但海嘯摧毀了機組的冷卻系統(tǒng),因裂變遺留的產物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量,核燃料棒溫度不斷上升,對周邊環(huán)境產生了巨大的危害。則下列說法正確的是()A.控制棒通過吸收中子來實現對核反應的控制B.控制棒插入核反應堆芯后,被吸收的中子數量變多C.核裂變遺留物銫、鋇等原子的質量可能比鈾原子質量大D.核泄漏中放射性物質對人類是有害的解析：控制棒通過吸收中子來實現對核反應速度的控制,選項A、B正確;泄漏中放射性物質對周邊環(huán)境產生了巨大的危害,選項D正確;因為是核裂變反應且有能量釋放,可知銫、鋇等原子的質量比鈾原子質量小,故C錯誤。答案：ABD2、1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發(fā)現產物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列關于這個實驗的說法中正確的是()A.這個實驗的核反應方程是B.這是一個核裂變過程,反應后粒子質量之和大于反應前粒子質量之和C.這個反應中釋放出來的能量可以用愛因斯坦的光電效應方程來計算D.實驗中產生的γ射線穿透能力極強解析：根據質量數守恒、電荷數守恒,鈾核裂變的核反應方程應為,選項A錯誤;鈾核裂變過程中產生γ射線,放出能量,發(fā)生質量虧損,釋放的能量根據愛因斯坦的質能方程計算,選項B、C錯誤;核反應中產生的γ射線,穿透能力極強,是能量極高的光子,選項D正確。答案：D3、一個質子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核,已知質子質量mH=1.0073u,中子質量mn=1.0087u,氚核質量mT=3.0180u。(1)寫出聚變方程;(2)釋放出的核能為多大?(3)平均每個核子釋放的能量是多大?