6.3 核聚变和受控热核反应 教案
文档属性
| 名称 | 6.3 核聚变和受控热核反应 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 279.0KB | ||
| 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 | 2021-07-13 10:47:58 | ||
图片预览
文档简介
6.3?核聚变和受控热核反应
【新课标要求】????
?知识与技能?
????1、知道什么是核聚变，了解核聚变比裂变释放更多的核能。能写出典型的聚变方程。
?????2、知道发生聚变的条件。了解恒星中的聚变是宇宙的能源之本。?
3、知道热核反应比核裂变的优越之处和实现可控热核反应在技术上的难度。初步了解实现磁约束的环流器技术。
?????过程与方法?
通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
?????情感态度与价值观?
????1、通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
??????2、认识核能的和平利用能为人类造福?，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。??
【教学重难点】
?????重点?
1、发生聚变的条件。?????2、聚变反应的特点。
??????难点?
1、发生聚变的条件。?????2、聚变反应的特点。
??【教学方法】?
讲授、教师启发、引导，学生讨论、交流?
【教学用具】?
多媒体课件、多媒体教学设备?
【课时安排】
?1?课时??
【教学过程】
?一、引入新课
视频放映：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题。?目的：通过播放我国第一氢弹爆炸视频，激发同学们的爱国热情。
?二、进行新课????
（一）聚变?
教师：研究表明，有些轻核结合成中等质量的和时，会发生比裂变更大的质量亏损，从而释放出更为巨大的核能。?
学生阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？?
学生回答：核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变（nuclear?fusion）。
?点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。?
????教师提出：两个氘核结合成为一个氦核就是聚变，请学生写出该核聚变方程。?
????学生：?
??通常，聚变反应不只合成一个核，它还会生成其他粒子。例如，一个氘核和一个氚核聚
合成一个氦核，并放出一个中子，这个聚变核反应方程为
问题：已知上述核反应中，氘核的质量：mD＝2.014102u，氚核的质量：mT＝3.016050u，中子的质量：mn＝1.008665u，氦核的质量：mα＝4.002603u，根据所给数据，计算上面核反应放出的能量。
?????学生计算：
教师点拔：由以上计算可知，这个核聚变反应释放17.6MeV的能量，平均每个核子释放的能量为3MeV以上，比裂变反应中每个核子释放的核能量大3～4倍。为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？核聚变发生需要什么条件呢？
根据所学过的知识，学生讨论，师生共同总结：?
微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15?m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。
?????宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
?????当物体达到几百万摄氏度以上的超高温时，聚变物质完全电离成等离子体。在高温、高密度等离子体中，剧烈的热核运动使一部分轻核获得足够的动能而在碰撞中达到十分接近的距离，从而发生聚变。所以，聚变反应又称为热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的热就可以进行下去。
?????巩固练习?
????1、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是（????????）?
核反应方程是
学生阅读课本6、7自然段，师生共同总结：?
????氢具有最简单的原子核结构，是宇宙中含量最丰富的元素。氢核的聚变给宇宙带来了光和热，为宇宙提供了能源之本。?
????热核反应在宇宙中是很普遍的。太阳内部和许多恒星内部，强大的引力使聚变物质处于高密度状态，温度高达107K以上。?
热核反应在那里稳定地进行着，其中主要是氢核聚变成氦核。可以讲，恒星是产生稳定热核聚变的“天然聚变反应堆”，它能持续地“光芒四射”。例如太阳中的热核反应使它每秒钟辐射约3.8×1026J的能量，地球上只接受了其中的二十亿分之一左右，而这真是地球最基本的能量来源。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年
教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。?
????在地球上，尽管核聚变的原料氢比核裂变的原料铀要丰富得多，但通常难以获得引发核聚变的超高温和超高压。唯一已实现并能释放大量核能的人为核聚变是氢弹爆炸。
?????教师补充：氢弹是通过原子弹爆炸所产生的高温、高压来引发氢核聚变的。?
?师生总结：与裂变反应相比，热核反应具有以下优点：?
????第一，轻核聚变产能效率高?。即，用相同质量的核燃料，热核反应释放的核能比裂变反应大得多。?
????第二，轻核聚变反应更为安全、清洁。热核反应不存在核废料处理问题，而裂变时产生的放射性物质，处理比较困难。?
????第三，地球上聚变燃料的储量丰富?。热核反应的原料——氘，在地球上的储量十分丰富。如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。?
（二）可控热核反应?可控热核反应存在问题：?
???热核反应的的点火温度很高；如何约束聚变所需的燃料；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；将聚变物质约束的办法。?
目前实验室采用的办法：
1、惯性约束??
?如前面讲的“激光核聚变”?
2、磁约束?
???我们知道，带电粒子在磁场中运动要受到垂直于粒子运动方向的洛伦兹力的作用，这种作用可以用来约束参加反应的和核质，使其不致扩散开来。
?在磁约束核聚变装置中洛伦兹力将高温等离子体约束在一定空间范围内，使这种高密度状态能保持一段时间，从而引发聚变。目前，各国普遍采用的磁约束装置是环形电流器，简称环流器，又称托卡马克，其结构如下图。?
?
?
????巩固练习?
????2、我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”），在里面实验的多项成果走在世界前列。下列关于“人造太阳”的说法正确的是(??????????)?
A．“人造太阳”的核反应方程是
B．“人造太阳”的核反应方程是
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是??
D．“人造太阳”核能大小的计算公式是?
【课堂小结】?
1、聚变?
（1）?轻核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变。?
（2）?轻核必须获得足够的动能并处于很高密度下才能引起聚变。?
2、可控热核反应?
⑴?热核反应与裂变相比有很多优点。?
⑵?将聚变物质约束的办法有惯性约束和磁约束。
?⑶?托卡马克装置。
??【作业】?完成课后练习
?【板书设计】
6.3?核聚变和受控热核反应?
一、聚变?
1、核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变?
2、聚变核反应方程为
二、可控热核反应?
1、将聚变物质约束的办法有惯性约束和磁约束。?
2、托卡马克装置。??
【教学反思】?
????本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容，在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，通过介绍可控核反应激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。
【新课标要求】????
?知识与技能?
????1、知道什么是核聚变，了解核聚变比裂变释放更多的核能。能写出典型的聚变方程。
?????2、知道发生聚变的条件。了解恒星中的聚变是宇宙的能源之本。?
3、知道热核反应比核裂变的优越之处和实现可控热核反应在技术上的难度。初步了解实现磁约束的环流器技术。
?????过程与方法?
通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
?????情感态度与价值观?
????1、通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
??????2、认识核能的和平利用能为人类造福?，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。??
【教学重难点】
?????重点?
1、发生聚变的条件。?????2、聚变反应的特点。
??????难点?
1、发生聚变的条件。?????2、聚变反应的特点。
??【教学方法】?
讲授、教师启发、引导，学生讨论、交流?
【教学用具】?
多媒体课件、多媒体教学设备?
【课时安排】
?1?课时??
【教学过程】
?一、引入新课
视频放映：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题。?目的：通过播放我国第一氢弹爆炸视频，激发同学们的爱国热情。
?二、进行新课????
（一）聚变?
教师：研究表明，有些轻核结合成中等质量的和时，会发生比裂变更大的质量亏损，从而释放出更为巨大的核能。?
学生阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？?
学生回答：核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变（nuclear?fusion）。
?点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。?
????教师提出：两个氘核结合成为一个氦核就是聚变，请学生写出该核聚变方程。?
????学生：?
??通常，聚变反应不只合成一个核，它还会生成其他粒子。例如，一个氘核和一个氚核聚
合成一个氦核，并放出一个中子，这个聚变核反应方程为
问题：已知上述核反应中，氘核的质量：mD＝2.014102u，氚核的质量：mT＝3.016050u，中子的质量：mn＝1.008665u，氦核的质量：mα＝4.002603u，根据所给数据，计算上面核反应放出的能量。
?????学生计算：
教师点拔：由以上计算可知，这个核聚变反应释放17.6MeV的能量，平均每个核子释放的能量为3MeV以上，比裂变反应中每个核子释放的核能量大3～4倍。为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？核聚变发生需要什么条件呢？
根据所学过的知识，学生讨论，师生共同总结：?
微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15?m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。
?????宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
?????当物体达到几百万摄氏度以上的超高温时，聚变物质完全电离成等离子体。在高温、高密度等离子体中，剧烈的热核运动使一部分轻核获得足够的动能而在碰撞中达到十分接近的距离，从而发生聚变。所以，聚变反应又称为热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的热就可以进行下去。
?????巩固练习?
????1、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是（????????）?
核反应方程是
学生阅读课本6、7自然段，师生共同总结：?
????氢具有最简单的原子核结构，是宇宙中含量最丰富的元素。氢核的聚变给宇宙带来了光和热，为宇宙提供了能源之本。?
????热核反应在宇宙中是很普遍的。太阳内部和许多恒星内部，强大的引力使聚变物质处于高密度状态，温度高达107K以上。?
热核反应在那里稳定地进行着，其中主要是氢核聚变成氦核。可以讲，恒星是产生稳定热核聚变的“天然聚变反应堆”，它能持续地“光芒四射”。例如太阳中的热核反应使它每秒钟辐射约3.8×1026J的能量，地球上只接受了其中的二十亿分之一左右，而这真是地球最基本的能量来源。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年
教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。?
????在地球上，尽管核聚变的原料氢比核裂变的原料铀要丰富得多，但通常难以获得引发核聚变的超高温和超高压。唯一已实现并能释放大量核能的人为核聚变是氢弹爆炸。
?????教师补充：氢弹是通过原子弹爆炸所产生的高温、高压来引发氢核聚变的。?
?师生总结：与裂变反应相比，热核反应具有以下优点：?
????第一，轻核聚变产能效率高?。即，用相同质量的核燃料，热核反应释放的核能比裂变反应大得多。?
????第二，轻核聚变反应更为安全、清洁。热核反应不存在核废料处理问题，而裂变时产生的放射性物质，处理比较困难。?
????第三，地球上聚变燃料的储量丰富?。热核反应的原料——氘，在地球上的储量十分丰富。如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。?
（二）可控热核反应?可控热核反应存在问题：?
???热核反应的的点火温度很高；如何约束聚变所需的燃料；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；将聚变物质约束的办法。?
目前实验室采用的办法：
1、惯性约束??
?如前面讲的“激光核聚变”?
2、磁约束?
???我们知道，带电粒子在磁场中运动要受到垂直于粒子运动方向的洛伦兹力的作用，这种作用可以用来约束参加反应的和核质，使其不致扩散开来。
?在磁约束核聚变装置中洛伦兹力将高温等离子体约束在一定空间范围内，使这种高密度状态能保持一段时间，从而引发聚变。目前，各国普遍采用的磁约束装置是环形电流器，简称环流器，又称托卡马克，其结构如下图。?
?
?
????巩固练习?
????2、我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”），在里面实验的多项成果走在世界前列。下列关于“人造太阳”的说法正确的是(??????????)?
A．“人造太阳”的核反应方程是
B．“人造太阳”的核反应方程是
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是??
D．“人造太阳”核能大小的计算公式是?
【课堂小结】?
1、聚变?
（1）?轻核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变。?
（2）?轻核必须获得足够的动能并处于很高密度下才能引起聚变。?
2、可控热核反应?
⑴?热核反应与裂变相比有很多优点。?
⑵?将聚变物质约束的办法有惯性约束和磁约束。
?⑶?托卡马克装置。
??【作业】?完成课后练习
?【板书设计】
6.3?核聚变和受控热核反应?
一、聚变?
1、核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变?
2、聚变核反应方程为
二、可控热核反应?
1、将聚变物质约束的办法有惯性约束和磁约束。?
2、托卡马克装置。??
【教学反思】?
????本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容，在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，通过介绍可控核反应激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。