人教版 初中物理 九年级全册 第二十二章 能源与可持续发展 22.2 核能 教案（2022新课标）

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第二十二章 能源与可持续发展
22.2 核能
教学目标：
1.物理观念：
（1）了解原子、原子核结构。
（2）知道获取核能有两个途径──重核裂变、轻核聚变。
2.科学思维：
通过类比的方法来研究核裂变的过程。
3.科学探究：
查阅资料，了解受控核聚变《人造太阳》的研究进展，了解我国在这方面的研究成就。
4.科学态度与责任：
知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。采用辩证的思想来看待核能和利用和危害。
教学重点：核能的由来及其优点和可能带来的问题。
教学难点：裂变和聚变特点。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、火柴棍。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了 50 亿年，恒星其实就是一个个的天然核聚变装置。
不排放碳，不产生核裂变的核辐射和核废料；由于核聚变需要极高温度，一旦燃料温度下降，聚变反应就会自动中止；一小杯氢燃料，理论上可以为一所房子提供数百年的能源。聚变能是一种接近无限的、清洁的、安全的新能源。如果人类可控核聚变，被俗称为“人造太阳”。可控核聚变的终极目标，是让海水中大量存在的氘在高温条件下发生核聚变，为人类提供源源不断的清洁能源，替代化石原料和常规核能，且资源耗损远低于太阳能和风力发电。
太阳的核聚变靠自身引力提供的重力场约束，太阳上的高温高压为聚变反应创造了必要的条件，地球上的聚变反应需要用更高的温度补偿。实现可控核聚变的两大主流方案是惯性约束和磁约束。托卡马克是一种环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。
2006 年建的中国“人造太阳”EAST，由中国科学院等离子体物理研究所建在安徽合肥。2021 年底，EAST 实现了 1056 秒的长脉冲高参数等离子体运行，其间电子温度近 7000 万摄氏度，创下马克装置高温等离子体运行的最长时间纪录。
2020 年 12 月 4 日，由中核集团自主设计、建造的新一代“人造太阳”装置（HL-2M）建成。今年 10 月， 取得了突破性进展——等离子体电流突破 100 万安培（1 兆安）。标志着我国距离聚变点火越来越近。
2006 年启动的国际热核聚变实验堆（ITER）是国际大科学工程，中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度等国共同造出来的一颗“人造太阳”，在法国南部。 组装工作预计 2025 年结束。我国承担 建设 9.09% 的工作，享有 100% 的技术成果使用权。煤、石油、天然气有枯竭的可能，并带来环境污染；风能、水能、太阳能等受天气或地理条件；核裂变要的铀、钚储量有限，产生放射性。可控核聚变技术，全人类寄予厚望。一劳永逸地解决能源问题。气候效益，廉价电力。什么是核聚变？什么是核裂变？下面一起学校本章第二节 核能。
二、新课讲授，师生互动
（一）核能
我们知道，分子是由原子构成，原子的中心是原子核、原子核周围有一定数目的电子在核外运动。
进一步研究表明，原子核还有如图所示的更精细的内部结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷数跟电子电荷量相等，中子不带电。
质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央。
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是十分困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放惊人的能量，这就是核能。
1934年只1938年，科学家曾先后用中子轰击质量较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放巨大的能量。
科学家曾先后用中子轰击质量较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放巨大的能量。1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧释放的能量。
用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。这就好比用火柴点燃木材，木材才能燃烧。假如外界的中子停止轰击，裂变也就停止了。那么怎样才能使裂变继续下去呢？
想想议议
将火柴搭成图所示的结构，想像你在点燃第一根火柴后，会发生什么情况。
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出能量，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核 于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。
核电站利用核能发电，它的核心设备是反应堆。 核电站利用反应堆产生内能，通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。
核电站利用可控裂变的能量发电。主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关系统设备组成。在反应堆中进行核裂变，将核能转化为水的内能。水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的内能，成为高温高压的水，然后进入蒸汽发生器的 U 型管内，将热量传给 U 型管外侧的汽轮机工作物质水，水蒸汽推动汽轮机作功， 将蒸汽的内能转变为汽轮机转子的机械能，直接带动发电机发电，把机械能转换为电能。
1942年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。当时的核反应堆的功率非常小，大约需要260座这样的反应堆才能点亮一只40W的灯泡。然而，这时人类利用核能的关键一步。今天，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。
秦山核电站是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，位于中国浙江省海盐县秦山镇。
秦山核电站由中国核工业集团有限公司100%控股。采用世界上技术成熟的压水反应堆，核岛内采用燃料包壳、压力壳和安全壳3道屏障，能承受极限事故引起的内压 、高温和各种自然灾害。
（二）裂变
核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的。链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放极大的能量。原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加以控制的。在人类实现可控裂变大约3年后，即1945年，利用不加以控制的核裂变制造的极大毁灭性武器——原子弹爆炸了。
1945年7月16日，第一颗原子弹在美国新墨西哥州阿拉默多尔空军基地爆炸成功，其威力相当于1500—2000吨TNT炸药。
1964年10月16日，在我国的新疆罗布泊沙漠中，我国第1颗原子弹爆炸成功。戈壁滩上升起一朵巨大的蘑菇云。
（三）聚变
如果将某些质量很小的原子核，例如氘核与氚核，在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变。有时把聚变称为热核反应。
氘核、氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用聚变在瞬间释放的能量。
1952年11月1日，美国是世界上第一个利用热核聚变装置在太平洋上的恩尼威托克岛爆炸成功。
1967年6月17日，在中国新疆罗布泊上空，中国第一颗氢弹爆炸成功。
如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中藴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
三、总结反思，超越自我
1.质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就会释放能量，这就是核能。
2.质量较大的原子核分裂较小的原子核，就会释放能量，这就是核裂变。原子弹、可控裂变核能发电。
3.质量较小的原子核相互结合成较大的原子核，就会释放能量，这就是核聚变。氢弹、可控聚变太阳能。
4. 和平利用核能，造福人类；核废料污染环境 。
四、板书设计，整合提升
1. 质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就会释放能量，这就是核能。
2.质量较大的原子核分裂较小的原子核，就会释放能量，这就是核裂变。原子弹、可控裂变核能发电。
3.质量较小的原子核相互结合成较大的原子核，就会释放能量，这就是核聚变。氢弹、可控聚变太阳能。
4. 和平利用核能，造福人类；核废料污染环境 。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 原子的中心是原子核，原子核周围有一定数目的电子在核外运动
B. 原子核由质子和中子组成，质子带正电，其电荷量跟电子电荷量相等
C. 中子带负电
D. 质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起
2．如图是核电站工作的流程图，关于流程图中各装置的能量转化，说法错误的是 ( )
A.核反应堆将核能转化为内能
B.蒸汽轮机将内能转化为能机械
C.发电机将机械能转化为电能
D.用电器将其它形式的能转化为电能
3．关于“人造太阳”说法正确的是（ ）
A.“人造太阳”是利用不可控核裂变
B.“人造太阳”是利用可控核裂变
C.“人造太阳”是利用不可控核聚变
D.“人造太阳”是利用可控核裂变
4．关于“核能发电”说法正确的是（ ）
A.“核能发电”是利用不可控核裂变
B.“核能发电”是利用可控核裂变
C.“核能发电”是利用不可控核聚变
D.“核能发电”是利用可控核裂变
5．关于“氢弹”说法正确的是（ ）
A.“氢弹”是利用不可控核裂变
B.“氢弹”是利用可控核裂变
C.“氢弹”是利用不可控核聚变
D.“氢弹”是利用可控核裂变
参考答案1.C；2.D；3.D；4.B；5.C。
六、作业：P173.T5
课外作业P173.T1、T2、T3、T4 。
教学反思：
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