3.3裂变和聚变 教案 (1)
文档属性
| 名称 | 3.3裂变和聚变 教案 (1) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 243.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-12-28 21:10:02 | ||
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文档简介
3.3裂变和聚变 教案
教学目标：
1、知道铀核裂变及链式反应的基本原理。
2、了解核反应堆的基本原理。
3、掌握铀核裂变的核反应方程，会根据其质量亏损计算释放的核能。
4、了解聚变的特点及条件。
5、了解可控核反应及研究和发展。
教学重、难点：
1、铀核裂变的条件和能量以及链式反应的基本原理。
2、发生聚变的条件及聚变反应的特点。
教学方法：
课件演示、学生互动
教学过程：
(一)新课引入
上课之前我们先来看一个短片：原子弹爆炸的巨大威力
问题：原子弹为什么能有如此巨大的威力呢？
本节课我们将学习这部分内容：
(二)新课教学
一、重核裂变
请同学们阅读课本66页“重核的裂变”，(3分钟)并回答下面两个问题：
问题：1、什么叫裂变？
2、重核在什么情况下才能发生裂变呢？
学生阅读后用自己的语言回答问题：
1、裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变．
下面请大家看一下课件模拟的铀核的裂变过程：课件“铀核的裂变”
2、重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，最后分裂成两部分，同时放出中子。
的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：
(慢中子) (快中子)
(注意强调核反应式的两个守恒)
那么裂变过程为什么能放出能量呢？
请以铀核裂变为例，计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量。
(已知，，，，且质量对应的能量为931.56MeV)
学生计算，教师巡视、指导
请两个同学到黑板上写出各自计算过程：
教师总结：裂变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，将有ΔE＝ΔmC2的能量放出：(上节课学过)
裂变前：m＝(235.0439＋1.0087)u＝236.0526u
裂变后：mˊ＝(140.9139＋91.8973＋3×1.0087)u＝235.8373u
质量亏损：Δm＝0.2153u
释放能量：ΔE＝0.2153×931.56MeV＝200.56MeV
(强调解题格式)
请同学们在计算一下1kg铀(相当于2.56×1024个铀核)全部裂变释放的能量是多少？如果用媒燃烧来替代的话，大概要燃烧多少吨的媒？(若1t优质煤完全燃烧时释放的能量约为3×1010J)
学生计算后回答：8.2×1013J，大概2700t 。
二、链式反应
一个铀核裂变就能放出这么大的能量，如果有很多核裂变就能获得更大的能量，那么怎么才能使更多的核发生裂变呢？
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．
请同学们看一下课本模拟的链式反应过程：
有的同学会有疑问“怎么能打的那么准啊？”
其实并不是所有铀核裂变都能发生链式反应，裂变要发生链式反应必须具备如下条件：
(1)要有足够浓度的铀235
(2)要有足够数量的慢中子
(3)铀块的体积要足够大(我们把能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积)
原子弹就是根据这个原理制成的。
三、核反应堆
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)。核反应堆是人工控制链式反应的装置。
请同学们看一下下面这个核反应堆的模拟
核反应堆的类型很多，慢中子核反应堆中，核反应堆的主要组成是：
⑴核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235约占3%)。
⑵减速剂。用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收)。
⑶控制棒。用镉做成(镉吸收中子的能力很强)。
⑷冷却剂。用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全)。
⑸水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。(对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理 )
核燃料、减速剂、冷却剂组成了核反应堆的堆芯。
下图就是核反应堆的结构示意图：
这样重核裂变所产生的巨大能量不仅得到有效地利用还能较好的控制，另一种获得核能的方法是轻核的聚变：
四、轻核聚变
学生阅读课本第71－72页，分组讨论，归纳总结，回答问题。
问题：
1、是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？
2、什么叫轻核的聚变？
3、发生轻核聚变的条件是什么？
结合裂变知识，引导学生回答问题：
1、不是任意核聚变在一起都能释放能量。由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量。
2、轻核的聚变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变。
教师补充，常见的聚变反应有：
3、发生聚变的条件：
超高温(T＝108K)使轻核的动能足够大，原子核间的距离达到10－15m(所以轻核的聚变又称为热核反应)
现在请大家总结一下：和裂变相比，聚变反应的特点有什么？
学生可能回答：能量大、污染小、材料易得(教师适当引导)
教师总结：
可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源的途径。目前对聚变能的应用情况有：
1、聚变能的应用
⑴ 太阳能：热核反应在宇宙中是很普通的。太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，就满足热核反应的条件。太阳内部的氢核在极高温下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J。地球只接收了其中的二十亿分之一左右。对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等。
⑵ 氢弹：氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应。氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆。以获得热核反应所需的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药点燃。
轻核聚变目前还没有得到广泛的应用。
问题有：
１、热核反应的的点火温度很高；
２、如何约束聚变所需的燃料；
３、反应装置中的气体密度要很低 ，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；
要使聚变反应广泛应用，需实现可控热核反应。
2、可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。
世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术。我国在这方面已经具有一定的实力，取得一定的成果。最近，位于合肥西郊的中国科学院等离体物理研究日前传出喜讯：基于超导托卡马克装置HT—7的可控热核聚变研究再获突破，运行参数居世界前两位。据介绍，本轮实验有来自美、日等14个研究机构的18位外籍专家参与，HT—7装置成为名副其实的国际可控热核聚变研究大舞台。可控热核聚变若投入商业运营，人类从此将拥有用之不竭的洁净能源。(更多、更详细的内容可上网查询。)
教学目标：
1、知道铀核裂变及链式反应的基本原理。
2、了解核反应堆的基本原理。
3、掌握铀核裂变的核反应方程，会根据其质量亏损计算释放的核能。
4、了解聚变的特点及条件。
5、了解可控核反应及研究和发展。
教学重、难点：
1、铀核裂变的条件和能量以及链式反应的基本原理。
2、发生聚变的条件及聚变反应的特点。
教学方法：
课件演示、学生互动
教学过程：
(一)新课引入
上课之前我们先来看一个短片：原子弹爆炸的巨大威力
问题：原子弹为什么能有如此巨大的威力呢？
本节课我们将学习这部分内容：
(二)新课教学
一、重核裂变
请同学们阅读课本66页“重核的裂变”，(3分钟)并回答下面两个问题：
问题：1、什么叫裂变？
2、重核在什么情况下才能发生裂变呢？
学生阅读后用自己的语言回答问题：
1、裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变．
下面请大家看一下课件模拟的铀核的裂变过程：课件“铀核的裂变”
2、重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，最后分裂成两部分，同时放出中子。
的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：
(慢中子) (快中子)
(注意强调核反应式的两个守恒)
那么裂变过程为什么能放出能量呢？
请以铀核裂变为例，计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量。
(已知，，，，且质量对应的能量为931.56MeV)
学生计算，教师巡视、指导
请两个同学到黑板上写出各自计算过程：
教师总结：裂变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，将有ΔE＝ΔmC2的能量放出：(上节课学过)
裂变前：m＝(235.0439＋1.0087)u＝236.0526u
裂变后：mˊ＝(140.9139＋91.8973＋3×1.0087)u＝235.8373u
质量亏损：Δm＝0.2153u
释放能量：ΔE＝0.2153×931.56MeV＝200.56MeV
(强调解题格式)
请同学们在计算一下1kg铀(相当于2.56×1024个铀核)全部裂变释放的能量是多少？如果用媒燃烧来替代的话，大概要燃烧多少吨的媒？(若1t优质煤完全燃烧时释放的能量约为3×1010J)
学生计算后回答：8.2×1013J，大概2700t 。
二、链式反应
一个铀核裂变就能放出这么大的能量，如果有很多核裂变就能获得更大的能量，那么怎么才能使更多的核发生裂变呢？
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．
请同学们看一下课本模拟的链式反应过程：
有的同学会有疑问“怎么能打的那么准啊？”
其实并不是所有铀核裂变都能发生链式反应，裂变要发生链式反应必须具备如下条件：
(1)要有足够浓度的铀235
(2)要有足够数量的慢中子
(3)铀块的体积要足够大(我们把能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积)
原子弹就是根据这个原理制成的。
三、核反应堆
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)。核反应堆是人工控制链式反应的装置。
请同学们看一下下面这个核反应堆的模拟
核反应堆的类型很多，慢中子核反应堆中，核反应堆的主要组成是：
⑴核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235约占3%)。
⑵减速剂。用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收)。
⑶控制棒。用镉做成(镉吸收中子的能力很强)。
⑷冷却剂。用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全)。
⑸水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。(对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理 )
核燃料、减速剂、冷却剂组成了核反应堆的堆芯。
下图就是核反应堆的结构示意图：
这样重核裂变所产生的巨大能量不仅得到有效地利用还能较好的控制，另一种获得核能的方法是轻核的聚变：
四、轻核聚变
学生阅读课本第71－72页，分组讨论，归纳总结，回答问题。
问题：
1、是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？
2、什么叫轻核的聚变？
3、发生轻核聚变的条件是什么？
结合裂变知识，引导学生回答问题：
1、不是任意核聚变在一起都能释放能量。由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量。
2、轻核的聚变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变。
教师补充，常见的聚变反应有：
3、发生聚变的条件：
超高温(T＝108K)使轻核的动能足够大，原子核间的距离达到10－15m(所以轻核的聚变又称为热核反应)
现在请大家总结一下：和裂变相比，聚变反应的特点有什么？
学生可能回答：能量大、污染小、材料易得(教师适当引导)
教师总结：
可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源的途径。目前对聚变能的应用情况有：
1、聚变能的应用
⑴ 太阳能：热核反应在宇宙中是很普通的。太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，就满足热核反应的条件。太阳内部的氢核在极高温下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J。地球只接收了其中的二十亿分之一左右。对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等。
⑵ 氢弹：氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应。氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆。以获得热核反应所需的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药点燃。
轻核聚变目前还没有得到广泛的应用。
问题有：
１、热核反应的的点火温度很高；
２、如何约束聚变所需的燃料；
３、反应装置中的气体密度要很低 ，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；
要使聚变反应广泛应用，需实现可控热核反应。
2、可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。
世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术。我国在这方面已经具有一定的实力，取得一定的成果。最近，位于合肥西郊的中国科学院等离体物理研究日前传出喜讯：基于超导托卡马克装置HT—7的可控热核聚变研究再获突破，运行参数居世界前两位。据介绍，本轮实验有来自美、日等14个研究机构的18位外籍专家参与，HT—7装置成为名副其实的国际可控热核聚变研究大舞台。可控热核聚变若投入商业运营，人类从此将拥有用之不竭的洁净能源。(更多、更详细的内容可上网查询。)