核能的利用

第三章 能量的转化与守恒
第 8节 核能的利用
一、【教材分析】
教材借助学生已有的化学知识，采用通俗描述的方法给出核能的概念.介绍获得核能的两条途径——裂变和聚变，以及人工获得核能和天然核能（太阳内部进行大规模的聚变释放出来的核能）的利用，让学生知道什么是链式反应，什么是核反应堆和原子弹、氢弹的基本原理.核能作为人类开发和利用的一种有前途的新能源，越来越引起世界各国的深入研究和进一步开发。目前人类开发和利用核能的技术己日趋成熟，但对核能的利用也存在核废料的出来、和泄露等问题，学生对这方面是比较感兴趣的，可结合世界上有关核事故的例子来加以讲解。
二、【教学目标】
（一）、知识目标：
1． 知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式
2． 了解和平利用核能的方式
3． 了解核能和平利用的进展，了解核能的优点和核能开发可能带来的问题
4． 了解核电站中发生的能量转化
（二）、能力目标；
能根据示意图来区分裂变和聚变
（三）、情感目标：
1、 通过对核电站的了解使学生体会到科学技术对人类社会带来的巨大变化
2、 通过对核事故的了解使学生认识到：科学技术是在不断的进步的
四、【教学重点】 知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式
五、【课时安排】1课时
六、【教学过程设计】
（一）、创设情景，引入新课
原子弹爆炸时的情景 爆炸后的长崎
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到广岛和长崎，原子弹爆炸时释放的巨大能量使这两座城市在瞬间化为废墟。
【设问】你知道原子弹爆炸巨大的能量是怎么产生的？
（二）、新课学习
提问：请根据化学课中讲过的内容，说说原子和原子核的组成情况？
教师归纳小结学生的回答，要求学生明确：任何物质的原子都是由位于原子中心区域带正电的原子核和带负电的核外电子组成的；原子核又是由带正电的质子和不带电的中子（质子和中子统称为核子）组成的。
板书：
　　
讲述：科学家在研究时发现，发现了极其微小的原子核内部还有结构，原子核也是可以变化的。为了研究原子核内部的结构，物理学家们尝试用粒子去“轰击”原子核，最初是用α粒子去轰击，后来又用质子、中子去轰击，发现都能引起原子核的变化——核反应，而且发现在某些核反应过程中能释放出大量能量。由于原子核的变化而释放的巨大能量，我们把它叫做核能。
(1)什么叫核能？
由于原子核的变化而释放的巨大能量叫做核能，也叫原子能。
(2)释放核能的两条途径：
经过科学家们的大量实验研究和理论分析，发现释放核能可以有重核的裂变和轻核的聚变两条途径。
一、裂变
1定义：质量较大的原子核在中子轰击下分为2个新原子核，并释放出能量的过程。
举例：用中子轰击铀235，可以使它分裂，变成两个新核（氪和钡），同时向外放出能量和产生几个新的中子，这些中子如果继续轰击其他铀核，就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应。
提问：从图中看到，铀235只有在中子的轰击下才能发生裂变，放出核能，那么是不是要不断地从外界提供中子，才能维持铀核的不断裂变呢？
分析：科学家们从实验中发现，（指着链式反应的挂图讲解）铀235核在受到中子的轰击后，裂变成2个差不多大小的新粒子的同时，还释放出2～3个新中子，这2～3个中子又去轰击其它铀235核，引起2～3个新铀核裂变，又各放出2～3个中子，这些中子又去轰击更多的铀核发生裂变……随着一个铀核裂变的发生，会引起越来越多的铀核发生裂变。这样，裂变就不断地自行持续下去，这种现象叫做链式反应。
实验表明，裂变时释放的核能十分巨大，1千克铀235中的铀核如果全部发生裂变，释放出的核能相当于2500吨标准煤完全燃烧时放出的能量。是同样质量煤燃料时放出能量的2.5×106倍。
2、原子弹就是根据裂变的原理制成的。
讲解：如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会引起大量的铀核发生裂变，在极短的时间内就会释放出巨大的核能，发生猛烈的爆炸。原子弹就是根据这个原理制成的。（指着原子弹爆炸后升起的蘑菇云挂图）这就是原子弹爆炸时释放的巨大核能产生的高温高压气体向外扩散时所升起的蘑菇状烟云，其上升的高度可达几百米，其破坏力和杀伤力都是十分巨大的。
二、聚变：
1定义：使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程叫聚变。
举例：氘核和氚核在超高温下聚合成氦核，并向外放出能量。聚变需要很高的温度，所以也叫热核反应。
分析：由于聚变必须在极高的温度和压强下进行，所以也叫热核反应。例如把一个氘核（质量数为2的氢核）和一个氚核（质量数为3的氢核）在高温、高压的环境下结合成一个氦核时，就会释放出核能。质量相同的核材料，聚变反应释放的核能比裂变反应要多得多。
氢弹就是利用这个原理制成的。氢弹的威力比原子弹要大得多，（指着氢弹爆炸后升起的蘑菇云挂图说）这是氢弹爆炸后升起的蘑菇云，比原子弹的威力要大几十倍。
2、氢弹就是根据聚变的原理制造的，
我们最熟悉的太阳内部就在不断地进行着大规模的核聚变反应，由此释放出的巨大核能以电磁波的形式从太阳辐射出来，地球上的人类自古以来，每天都享用着这种聚变释放出的核能。
历史上的成就：
我国物理学家在核物理的研究方面也取得了重大成就。早在40年代，物理学家钱三强和何泽慧在法国学习和工作期间与法国两个研究生一起，第一次发现了铀核裂变的三分裂和四分裂现象。解放后从1960年开始，王淦昌等一批优秀的物理学家和其他人员，在西北高原的实验室里，在荒无人烟的沙漠试验场中奋发图强、艰苦奋斗，经过短短4年的艰辛工作，于1964年10月16日成功地爆炸了我国的第一颗原子弹（播放我国第一颗原子弹试爆的录像资料），这情景是多么感人。为了赶超世界先进水平，科学家们没有满足，又经过两年多时间的紧张工作，于1967年6月17日成功地爆炸了第一颗氢弹。
【过渡】：氢弹和原子弹爆炸时会放出大量的能量，在战争中使用原子弹和氢弹会给人们带来巨大的伤害。但是如果对核能进行和平的利用也会给人们带来好处。
三、核能的和平利用——核电站
讲述；现在人们能有效地使聚变在人工控制下进行，从而和平利用聚变释放的核能．由于聚变不但放出的能量更多，而且所使用的原料来源也极为丰富，可以从海水中提取．
例如，从几升海水中提出的氘在发生聚变后可以提供相当于燃烧1千多升石油放出的能量．因此，目前世界上许多国家都在积极研究核聚变的人工控制。如果使原子核的裂变和聚变在可以控制的条件下缓慢进行，释放的核能就可以有效地利用。
目前的核电站就是利用原子核裂变时产生的大量热量，使水变成水蒸气，推动汽轮机运转，再带动发电机发电的。
核电站的工作原理
①第一回路
　　在第一回路中，先用泵把水或其他液体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核能，被加热，然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热．
②第二回路
　　在热交换器内，第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽轮机做功，把内能转化成电能．做功后的蒸汽温度和压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽．
③汽轮机带动发电机发电
　　通过两个回路的不断循环，把核反应堆中铀核裂变释放的核能，源源不断地转化成第二回路中水的内能，去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能．这就是核电站的工作原理．
【学生活动】请填写下列方框，以反映核电站中发生的能量变化。
资料1、通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗370万吨，从而大大减少了导致“温室效应”和酸雨的气体年度排放量，包括二氧化碳排放900万吨、二氧化硫 排放17万吨、一氧化氮3万吨，以及空气中的尘埃数千吨。
资料2、1994年，全世界核电站的发电量占总发电量的17％，法国2001年的核能发电量占全国当年总发电量的76％，核能发电比例位居全球第一，去年中国的发电总量为一点二三万亿度，其中火电为一点零零三万亿度，占百分之八十一点五四，水电零点二一一一一万亿度，占百分之十七点一六，核电为一百五十二亿度，占中国发电总量的百分之一点二三。
资料3、秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土，1991年12月首次并网发电，1994年4月设入商业运行，1995年7月通过国家验收。它的建成投产结束了祖国大陆无核电的历史，是我国和平利用核能的光辉典范，同时也使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。
【设疑】：同样是利用核能，为什么核电站不会像原子弹那样爆炸？
分析：核燃料中铀-235的含量约为3％，而核炸药中的铀-235含量高达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点燃，而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。
原子弹同样是一项高技术产品，形成核爆炸有非常严格的条件。原子弹必须用高浓度的铀-235或钚-239作核装料，以一套精密复杂的系统引爆高能烈性炸药，利用爆炸力在瞬间精确地改变核装料的形状或位置，才能形成不可控的链式裂变反应，发生核爆炸。这种苛刻的条件，在核电站里是不可能有的。
【过渡】原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，这些物质的原子核内部会外辐射出肉眼看不见的，能量很高的射线。如α射线、β射线、γ射线。
四、放射性
大剂量的放射性对人畜会造成很大的伤害，通常用右边的符号来表示它属于放射性物质
建造核电站通常要修建很厚的水泥防护层，防止反射线的外泄而造
成放射性污染。
放射性物质不一定是核反应的产物，许多天然物质也具有放射性。
如果对放射性物质进行合理的利用，也会给人类带了方便。
①利用射线可以对机械设备进行探伤，
②使种子变异
③培育出新的优良品种
④治疗肿瘤等疾病。
【阅读】核电站的安全性
（三）、课堂小结
　　(1)原子和原子核的组成．
　　(2)原子核里蕴藏着巨大的能量——核能．获得核能的途径，一是裂变，二是聚变．
　　(3)什么是链式反应，什么是核反应堆，什么是原子弹、氢弹等．
（四）、【布置作业】1、必做：课后练习
作业本
2．选做：了解我国核电站的情况
板书设计
第 8节 核能的利用
一、裂变
1定义：质量较大的原子核在中子轰击下分为2个新原子核，并释放出能量的过程。
2、原子弹就是根据裂变的原理制成的。
二、聚变：
1定义：使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程叫聚变。
2、氢弹就是根据聚变的原理制造的，
三、核能的和平利用——核电站
四、放射性
教学后记
1、在教案中，着力通过介绍核能的常识使学生了解物理知识在社会主义现代比建设和发展高科技中的作用，以利于激发学生逐步形成早期的科技觉醒意识．
　2、力求讲述的内容简明、扼要，便于学生抓住重点，如对核裂变时释放出核能转化为周围物体的内能问题．只让学生通过阅读教材大致有所了解，而对“裂变后的产物以很大速度向相反方向飞开，与周围的物体分子碰撞，使分子动能增加”则不做深究．又如对“用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量”的问题，也只作为物理事实告诉学生，而不再做更多的解释．
　　3．这节课的教学方法以教师边讲、边展示教具为主，同时穿插了指导学生阅读教材和提问等．这样做既符合教学内容的要求，又有利于调动学生学习的主动性、积极性和培养自学能力．
核能
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