人教版高中物理選擇性必修3第5章第4節核裂變與核聚變教學設計

課題核裂變與核聚變單元5學科物理年級高二

物理觀念：知道核裂變與核聚變、鏈式反應及粒子的基本概念，了解原子彈、核反應堆、

聚變反應條件、新粒子的內容。

科學思維：掌握鏈式反應及核聚變釋放能量的計算，理解核電站的工作原理，掌握輕核

聚變的條件，提高分析、解決問題的能力。

學習

目標科學探究：通過對鏈式反應的探究，理解原子彈、核反應堆的原理，體會熱核反應的條

件及科學發現新粒子的進步。

科學態度與責任：學習科學家們研究問題的方法，堅持實事求是的科學態度，體驗其工

作的艱辛，激發探索未來科學的熱情。

重點核裂變與核聚變、鏈式反應及粒子的基本概念，鏈式反應及核聚變釋放能量的計算。

難點鏈式反應及核聚變釋放能量的計算

教學過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

導入新課較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并

成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。閱讀課本

核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這問題，思考如通過引導學

些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用何利用原子核生思考如何利用

的呢?在分裂和合并原子核分裂和合

過程中產生的并過程中產生的

能量。能量。提高學生

觀察原子的學習興趣。

彈爆炸的圖

片。

講授新課一、核裂變的發現

裂變:重核分裂成質量較小的核，并釋放核能

的反應。

學習裂變

的概念。通過類比細

知道裂變胞的分裂，讓學

的過程。生更好的理解

“裂變”的概念。

鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應

一代接一代繼續下去的過閱讀課本

條件：每次裂變產生的中子，至少平均有一個120頁內容，

能引發新的裂變總結鏈式反應

的概念以及發采用學生閱

①保證235的純度←提純

92U

生鏈式反應的讀材料，總結知

②鈾塊的大小

條件。識點的方式，讓

臨界體積:裂變物質能夠發生鏈式反應的最小

學生明確鏈式反

體積

應的概念，并由

相應的質量：臨界質量

學生總結鏈式反

應發生的條件。

提高學生的自主

學習能力。

2351144891

92U0n56Ba+36Kr30n

通過核裂

變方程，觀察

核反應遵循的

二分裂

規律：質量數

守恒、電荷守

恒。

質量數守恒，電荷守恒

如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當

于2800t標準煤完全燃燒時放出的化學能。

完成課堂通過課堂練

練習。習，鞏固基礎知

識。

課堂練習：1、(多選)關于裂變反應,下列說法

正確的是()

A.用中子轟擊鈾核發生裂變,其一定分裂為質

量差不多的兩部分

B.鈾核裂變為中等質量的原子核一定釋放能

量

C.鈾核發生裂變時可能分裂成兩部分、三部分

或四部分

D.所有重核用中子轟擊均能發生裂變反應

解析：用中子235和239轟擊等少數重核元

92U94Pu

素才能發生裂變反應,鈾核裂變時可能分裂為兩部

分、三部分或四部分,但產生兩部分的概率最大,A、

D錯誤,C正確;鈾核裂變為中等質量的原子核時一

定釋放能量,B正確。觀察核反

答案：BC應堆結構。通過觀察核

二、反應堆與核電站反應堆的結構

核反應堆：人工控制鏈式反應的裝置圖、閱讀課本材

料，理解人工控

制鏈式反應的原

理。

核能發電的基本原理

閱讀材

料。讓學生明白

科技在推動人類

二戰時期，美國原子彈突襲廣島和長崎造成了

進步的同時，也

巨大的毀傷。在長崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇

狀云團，爆炸產生的氣流、煙塵直沖云天，高達12可以給人們帶來

英里多，長崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000災難，培養學生

人，占全市37%；廣島市區80%的建筑化為灰燼，的愛國主義精

64000人喪生，72000人受傷，傷亡總人數占全市神。

總人口的53%。

完成課堂

練習。

課堂練習2、(多選)關于核反應堆,下列說法正

確的是()

A.鈾棒是核燃料,裂變時釋放核能

B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率

C.石墨的作用是吸收中子

D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出

熱能

解析：鈾棒是核燃料,裂變時可放出能量,故A

正確;鎘棒吸收中子的能力很強,作用是調節中子

數目以控制反應速度,即控制反應堆功率,故B正

確;慢中子最容易引發核裂變,所以在快中子碰到

鈾棒前要進行減速,石墨的作用是使中子減速,故C

錯誤;水或液態金屬鈉等流體在反應堆內外循環流

動,把反應堆內的熱量傳輸出去,用于發電,同時也

使反應堆冷卻,控制溫度,故D正確。類比核裂

答案：ABD變理解記憶核

三、核聚變聚變的含義。讓學生在學

核聚變：某些輕核能夠結合在一起，生成一個習過程中學會對

較大的原子核的核反應比和歸納。養成

良好的學習習

慣。

思考討論：發生聚變的條件:使原子核間的距

離達到10-15m以內，核力才能起作用。由于原子思考讓粒

核都帶正電，要使它們靠近到這種程度，必須克服子加速的方

巨大的庫侖斥力。也就是說，原子核要有很大的動法。

能才會“撞”到一起。什么辦法能使大量的原子核

獲得足夠的動能而發生核聚變呢？

方法:

①用加速器加速原子核

②原子核加熱到很高的溫度108～109K

1、受控核聚變

熱核反應和裂變反應相比較，具有許多優越性

1）輕核聚變產能效率高

2）地球上聚變燃料的儲量豐富

（每升水中就含有0.03g氘，地球上有

138.6億億立方米的水，大約有40萬億噸氘。氚

可以利用鋰來制取，地球上鋰儲量有2000億噸）

3）輕聚變更為安全、清潔

（高溫不能維持反應就能自動終止，聚變產生閱讀課本

的氦是沒有放射性的。廢物主要是泄露的氘，高速材料。了解實

中子，質子與其他物質反應生成的發射性物質，比現核聚變的困

裂變反應堆生成的廢物數量少，容易處理）難之處和所采

2、實現核聚變的方法取的方案。

①難點：地球上沒有任何容器能夠經受幾百萬

開爾文的高溫。

②方案：科學家設想了兩種方案，即磁約束和

慣性約束。

磁約束：帶電粒子運動時在均勻磁場中會在洛

倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場來約

束參加反應的物質。

慣性約束：由于聚變反應的時間非常短，聚變

物質因自身的慣性還來不及擴散就完成了核反應。

在慣性約束下，可以用激光從各個方向照射參加反

應的物質，使它們“擠”在一起發生反應。

引導學生在

總結對比平時的學習過程

核裂變和核聚中養成歸納、總

四、重核裂變與輕核聚變的區別

變的區別和聯結、類比的學習

系。習慣。

完成課堂

練習。

課堂練習3、關于輕核聚變釋放核能,下列說法

正確的是()

A.一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的

能量多

B.聚變反應每個核子釋放的平均能量一定比

裂變反應大

C.聚變反應中粒子的比結合能變小

D.聚變反應中由于形成質量較大的核,故反應

后質量增大

解析：在一次聚變反應中釋放的能量不一定比

裂變反應多,故A錯誤;由于聚變反應中釋放出巨大

的能量,則比結合能一定增加,質量發生虧損,故C、

D錯誤。

答案：B

拓展提高1、(多選)日本福島第一核電站在地震后,數秒

內就將控制棒插入核反應堆芯,終止了鈾的裂變鏈完成拓展

式反應。但海嘯摧毀了機組的冷卻系統,因裂變遺提高練習題。

留的產物銫、鋇等繼續衰變不斷釋放能量,核燃料

棒溫度不斷上升,對周邊環境產生了巨大的危害。

則下列說法正確的是()

A.控制棒通過吸收中子來實現對核反應的控

制

B.控制棒插入核反應堆芯后,被吸收的中子數

量變多

C.核裂變遺留物銫、鋇等原子的質量可能比鈾

原子質量大

D.核泄漏中放射性物質對人類是有害的

解析：控制棒通過吸收中子來實現對核反應速

度的控制,選項A、B正確;泄漏中放射性物質對周

邊環境產生了巨大的危害,選項D正確;因為是核裂

變反應且有能量釋放,可知銫、鋇等原子的質量比

鈾原子質量小,故C錯誤。

答案：ABD

2、1938年哈恩用中子轟擊鈾核,發現產物中有

原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線。下列

關于這個實驗的說法中正確的是()

A.這個實驗的核反應方程是

2351144891

92U0n56Ba36Kr0n

B.這是一個核裂變過程,反應后粒子質量之和

大于反應前粒子質量之和

C.這個反應中釋放出來的能量可以用愛因斯

坦的光電效應方程來計算

D.實驗中產生的γ射線穿透能力極強

解析：根據質量數守恒、電荷數守恒,鈾核裂

變的核反應方程應為2351144891,

92U0n56