《核裂變》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《核裂變》學(xué)習(xí)任務(wù)單5.1核反應(yīng)堆與核裂變【學(xué)習(xí)任務(wù)單】【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、能說出核反應(yīng)堆的基本組成部分和工作原理。2、了解核裂變反應(yīng)的概念和特點。3、會計算簡單的核裂變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損和能量釋放（簡單的數(shù)值計算）。【學(xué)習(xí)任務(wù)一：走進核反應(yīng)堆】故事引入：同學(xué)們，我給你們講個我自己的經(jīng)歷。有一次我去參觀一個科學(xué)博物館，里面有個關(guān)于能源的展廳。我看到一個超級酷的核反應(yīng)堆模型，它看起來特別復(fù)雜，有好多奇奇怪怪的部件。當(dāng)時我就特別好奇，這些部件都是干啥的呢？我想你們肯定也有這樣的好奇。那咱們就開始了解核反應(yīng)堆吧。1、核反應(yīng)堆的組成部分思考：如果把核反應(yīng)堆比作一個超級工廠，那這個工廠里都有哪些重要的“車間”或者“設(shè)備”呢？-核燃料：-是什么：就像是這個超級工廠的原料倉庫，里面存放著能夠發(fā)生核反應(yīng)的燃料。常見的核燃料是鈾-235等。那為啥是鈾-235呢？這就像是它有特殊的“魔法屬性”，容易發(fā)生核裂變反應(yīng)。-問題：你們覺得還有其他可能的核燃料嗎？（互動環(huán)節(jié)：讓學(xué)生討論并回答）-慢化劑：-作用：想象一下，核反應(yīng)就像一場比賽，有些粒子跑得太快了，慢化劑就像是在賽道上設(shè)置了一些減速帶，讓那些跑得快的中子慢下來，這樣才能更好地引發(fā)核裂變反應(yīng)。例如石墨、重水都可以當(dāng)慢化劑。-小實驗（互動環(huán)節(jié)）：咱們可以做個簡單的模擬，找?guī)讉€同學(xué)來扮演粒子，在教室里跑，然后找?guī)讉€同學(xué)當(dāng)慢化劑，試著讓跑的同學(xué)慢下來，感受一下慢化劑的作用。-控制棒：-功能：這就像是核反應(yīng)堆這個大工廠的“開關(guān)”或者“調(diào)節(jié)器”。它可以吸收中子，如果反應(yīng)堆里反應(yīng)太激烈了，把控制棒插進去一些，就能吸收更多中子，讓反應(yīng)慢下來；要是反應(yīng)不夠強烈，就把控制棒往外拔一點。-舉例：就像我們家里燒水，火太大了就把火調(diào)小一點，控制棒就是這個調(diào)節(jié)反應(yīng)強度的工具。-冷卻劑：-必要性：核反應(yīng)就像一個大火爐，會產(chǎn)生很多熱量。冷卻劑就像是給這個大火爐降溫的“小助手”，它把熱量帶走，不然核反應(yīng)堆就會因為溫度過高而出現(xiàn)危險。水就是一種很常見的冷卻劑。-討論（互動環(huán)節(jié)）：除了水，還有哪些物質(zhì)可以做冷卻劑呢？大家可以分組討論一下。2、核反應(yīng)堆的工作原理-啟動：當(dāng)核燃料、慢化劑、控制棒和冷卻劑都準(zhǔn)備好之后，就像給一輛汽車加滿油、調(diào)好擋位、握緊方向盤、打開空調(diào)一樣，核反應(yīng)堆就可以啟動啦。最初，有一些中子去撞擊核燃料（比如鈾-235）的原子核，然后就會發(fā)生核裂變反應(yīng)。-反應(yīng)持續(xù)：一個鈾-235原子核被一個中子撞擊后，會分裂成兩個較小的原子核，同時還會放出更多的中子。這些新產(chǎn)生的中子又會去撞擊其他的鈾-235原子核，這樣就像多米諾骨牌一樣，反應(yīng)持續(xù)進行下去。-控制：在這個過程中，控制棒就開始發(fā)揮它的作用啦。如果反應(yīng)太劇烈，就把控制棒插深一點，多吸收一些中子，讓反應(yīng)速度降下來；如果反應(yīng)有點慢，就把控制棒往外拔一點，讓更多的中子去引發(fā)核裂變反應(yīng)，就像我們調(diào)節(jié)汽車的速度一樣。-熱量產(chǎn)生與傳遞：在核裂變反應(yīng)過程中，會釋放出大量的能量，這些能量以熱能的形式表現(xiàn)出來。冷卻劑在反應(yīng)堆中循環(huán)，就像血液在身體里循環(huán)一樣，把這些熱量帶走，然后這些熱量可以用來做很多有用的事情，比如發(fā)電?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二：探索核裂變反應(yīng)】1、核裂變反應(yīng)的概念思考：我們剛剛一直在說核裂變反應(yīng)，那到底什么是核裂變反應(yīng)呢？-定義：核裂變反應(yīng)就是一個比較大的原子核（像鈾-235）被一個中子撞擊之后，分裂成兩個或者多個比較小的原子核的過程。就像一個大蘋果被切成了幾塊小蘋果一樣。-舉例：除了鈾-235的核裂變反應(yīng)，還有钚-239也能發(fā)生核裂變反應(yīng)。大家可以想象一下，不同的原子核就像不同種類的水果，有的容易被切開（發(fā)生核裂變），有的就比較難。-互動（提問）：那你們覺得是不是所有的原子核都能很容易地發(fā)生核裂變反應(yīng)呢？（讓學(xué)生回答并討論）2、核裂變反應(yīng)的特點-質(zhì)量虧損：-解釋：在核裂變反應(yīng)過程中，反應(yīng)前的原子核質(zhì)量和反應(yīng)后的原子核質(zhì)量加起來并不相等，反應(yīng)后的質(zhì)量會變小一點，這就是質(zhì)量虧損。這就像我們做蛋糕，把原料混合在一起做成蛋糕后，稱一稱會發(fā)現(xiàn)比原來原料的總重量輕了一點點，那少的那部分重量去哪兒了呢？其實是轉(zhuǎn)化成能量啦。-計算（簡單例子）：假設(shè)一個鈾-235原子核裂變前的質(zhì)量是m1，裂變后產(chǎn)生的兩個較小原子核的質(zhì)量之和是m2，那質(zhì)量虧損就是Δm=m1-m2。-練習(xí)（互動環(huán)節(jié)）：給學(xué)生一個簡單的核裂變反應(yīng)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生計算質(zhì)量虧損。-能量釋放：-原理：根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2（這里的c是光速，是一個很大的數(shù)值），因為核裂變反應(yīng)有質(zhì)量虧損，所以就會釋放出大量的能量。這就像我們把一塊很重的石頭從山上推下去，石頭會產(chǎn)生很大的能量一樣。-計算（簡單例子）：已知質(zhì)量虧損是Δm，根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的能量E=Δm×c2。-對比（互動環(huán)節(jié)）：找兩個不同的核裂變反應(yīng)，讓學(xué)生對比哪個反應(yīng)釋放的能量更多，通過計算質(zhì)量虧損和利用質(zhì)能方程來得出結(jié)論?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)三：核裂變反應(yīng)中的計算】1、質(zhì)量虧損的計算-詳細講解：-我們再深入一點看質(zhì)量虧損的計算。當(dāng)我們有一個核裂變反應(yīng)方程式的時候，比如鈾-235裂變的反應(yīng)方程式：n+U-235→Ba-141+Kr-92+3n這里n表示中子，我們要先查出鈾-235、鋇-141、氪-92和中子的相對原子質(zhì)量（可以從元素周期表中查）。假設(shè)鈾-235的相對原子質(zhì)量是mU，鋇-141的是mBa，氪-92的是mKr，中子的相對原子質(zhì)量是mn。-那么反應(yīng)前的總質(zhì)量就是m1=mU+mn，反應(yīng)后的總質(zhì)量就是m2=mBa+mKr+3mn。-質(zhì)量虧損Δm=m1-m2。-練習(xí)：-給學(xué)生幾個不同的核裂變反應(yīng)方程式，讓他們計算質(zhì)量虧損。-同桌之間互相檢查計算結(jié)果，然后老師在教室里走動查看學(xué)生的計算情況，及時給予反饋（反饋環(huán)節(jié)）。-自我評估方法：如果計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)答案的差值在一定范圍內(nèi)（比如±0.01），說明計算基本正確。如果相差較大，就需要重新檢查計算過程，看看是相對原子質(zhì)量查錯了，還是計算過程有問題。2、能量釋放的計算-詳細講解：-計算出質(zhì)量虧損后，就可以根據(jù)質(zhì)能方程計算能量釋放啦。因為質(zhì)能方程E=mc2，這里的c=3×10?m/s（這個數(shù)值要讓學(xué)生記住哦）。-我們把計算出來的質(zhì)量虧損Δm代入方程，就可以算出能量釋放了。不過要注意單位的換算，質(zhì)量單位要用千克。-練習(xí)：-讓學(xué)生根據(jù)前面計算質(zhì)量虧損的結(jié)果來計算能量釋放。-小組內(nèi)互相交流計算結(jié)果，然后每個小組推選一個代表把結(jié)果寫在黑板上。老師進行評價（評價環(huán)節(jié)）：如果計算結(jié)果正確，給予表揚；如果有錯誤，指出錯誤的地方并引導(dǎo)學(xué)生重新計算?？偨Y(jié)提升：今天我們就像探險家一樣在核反應(yīng)堆和核裂變的世界里探索了一番。我們知道了核反應(yīng)堆的組成部分和工作原理，還深入了解了核裂變反應(yīng)的概念、特點以及相關(guān)的計算。那大家現(xiàn)在能不能用自己的話說說核反應(yīng)堆就像一個什么東西呢？還有核裂變反應(yīng)最神奇的地方在哪里呢？（互動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分享自己的學(xué)習(xí)心得）課后探究：現(xiàn)在我們知道了核裂變反應(yīng)能釋放出大量的能量，那這些能量除了用來發(fā)電，還能做些什么呢？請大家以小組為單位，課后去查閱資料，下節(jié)課我們來分享你們的發(fā)現(xiàn)。習(xí)題答案：1、在