人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE35.4核裂變與核聚變〖教學目標〗一、知識與技能1．知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量。2．知道什么是鏈式反應。3．了解核聚變的特點及其條件。4．了解可控熱核反應及其研究和發展。二、過程與方法1．通過對核子平均質量與原子序數關系的理解，培養邏輯推理能力及應用教學圖像處理物理問題的能力。2．通過自己閱讀課本，查閱資料，培養歸納與概括知識的能力和提出問題的能力。三、情感、態度與價值觀1．激發熱愛科學、探求真理的激情，樹立實事求是的科學態度，培養基本的科學素養，通過核能的利用，思考科學與社會的關系。2．認識到和平利用核能及開發新能源的重要性。3．確立世界是物質的，物質是運動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點。〖教學重點〗1．重核裂變的核反應方程式的書寫。2．核聚變的特點和條件。〖教學難點〗核聚變的特點和條件。〖教學過程〗一、新課導入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。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢?二、新課學習如圖所示為重核裂變的鏈式反應。問題：(1)什么是鏈式反應？(2)鏈式反應中的臨界體積指什么？〖提*示〗：(1)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程叫鏈式反應。(2)能發生鏈式反應的最小體積叫臨界體積，相應的質量叫臨界質量。一、核裂變1．核裂變的發現(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈式反應當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續下去，這種由重核裂變產生的中子使核裂變反應一代一代繼續下去的過程，叫作核裂變的鏈式反應。(4)鏈式反應的條件發生裂變物質的體積大于臨界體積或裂變物質的質量大于臨界質量。2．反應堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈式反應實現核能釋放的裝置稱為核反應堆。(2)慢化劑反應堆中，為了使裂變產生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，反應過于激烈時，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應區溫度升高，水或液態的金屬鈉等流體在反應堆外循環流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應用。秦山核電站二、核聚變據報道，中科院離子物理所經過八年的艱苦奮斗努力，終于率先建成了世界上第一個全超導的托克馬克試驗裝置并調試成功。這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態的核子發生聚變并穩定持續地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源。1．定義兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達到10－15m以內。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應。4．優點(1)輕核聚變產能效率高。(2)地球上聚變燃料的儲量豐富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。〖練習鞏固〗1．關于重核的裂變，以下說法中正確的是（）A．鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B．鈾235被中子轟擊后二者都會發生分裂C．要使鈾塊發生鏈式反應，其體積必須足夠大D．鈾235分裂成兩個中等質量的核，比結合能減小，放出核能〖答案〗C2．現已建成的核電站發電的能量來自于（）A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學反應放出的能量〖答案〗C3．關于核聚變，以下說法正確的是（）A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經有利用核聚變能來發電的核電站C．要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到10-10m以內，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易控制〖答案〗A4．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．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大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，故反應后質量變大〖答案〗B5．我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億攝氏度，這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質量為m1，中子的質量為m2QUOTE的質量為m3，質子的質量為m4，則下列說法中正確的是（）A．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23HeB．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23HeC．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）cD．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23He所釋放的核能為（2m1－m3－m2）c〖答案〗BD6．在某些恒星內，3個QUOTE偽偽粒子結合成一個C，C原子的質量是12.0000u，He原子的質量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相當于931.5MeV，則（）A．反應過程中的質量虧損是Δm＝0.0078uB．反應過程中的質量虧損是Δm＝1.2948×10-29kgC．反應過程中放出的能量約為7.266MeVD．反應過程中放出的能量約為1.16×10-19J〖答案〗ABC〖板書設計〗〖課后作業〗〖課后反思〗5.4核裂變與核聚變〖教學目標〗一、知識與技能1．知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量。2．知道什么是鏈式反應。3．了解核聚變的特點及其條件。4．了解可控熱核反應及其研究和發展。二、過程與方法1．通過對核子平均質量與原子序數關系的理解，培養邏輯推理能力及應用教學圖像處理物理問題的能力。2．通過自己閱讀課本，查閱資料，培養歸納與概括知識的能力和提出問題的能力。三、情感、態度與價值觀1．激發熱愛科學、探求真理的激情，樹立實事求是的科學態度，培養基本的科學素養，通過核能的利用，思考科學與社會的關系。2．認識到和平利用核能及開發新能源的重要性。3．確立世界是物質的，物質是運動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點。〖教學重點〗1．重核裂變的核反應方程式的書寫。2．核聚變的特點和條件。〖教學難點〗核聚變的特點和條件。〖教學過程〗一、新課導入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。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢?二、新課學習如圖所示為重核裂變的鏈式反應。問題：(1)什么是鏈式反應？(2)鏈式反應中的臨界體積指什么？〖提*示〗：(1)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程叫鏈式反應。(2)能發生鏈式反應的最小體積叫臨界體積，相應的質量叫臨界質量。一、核裂變1．核裂變的發現(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈式反應當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續下去，這種由重核裂變產生的中子使核裂變反應一代一代繼續下去的過程，叫作核裂變的鏈式反應。(4)鏈式反應的條件發生裂變物質的體積大于臨界體積或裂變物質的質量大于臨界質量。2．反應堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈式反應實現核能釋放的裝置稱為核反應堆。(2)慢化劑反應堆中，為了使裂變產生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，反應過于激烈時，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應區溫度升高，水或液態的金屬鈉等流體在反應堆外循環流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應用。秦山核電站二、核聚變據報道，中科院離子物理所經過八年的艱苦奮斗努力，終于率先建成了世界上第一個全超導的托克馬克試驗裝置并調試成功。這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態的核子發生聚變并穩定持續地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源。1．定義兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達到10－15m以內。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應。4．優點(1)輕核聚變產能效率高。(2)地球上聚變燃料的儲量豐富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。〖練習鞏固〗1．關于重核的裂變，以下說法中正確的是（）A．鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B．鈾235被中子轟擊后二者都會發生分裂C．要使鈾塊發生鏈式反應，其體積必須足夠大D．鈾235分裂成兩個中等質量的核，比結合能減小，放出核能〖答案〗C2．現已建成的核電站發電的能量來自于（）A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學反應放出的能量〖答案〗C3．關于核聚變，以下說法正確的是（）A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經有利用核聚變能來發電的核電站C．要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到10-10m以內，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易控制〖答案〗A4．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．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大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，故反應后質量變大〖答案〗B5．我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億攝氏度，這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質量為m1，中子的質量為m2QUOTE的質量為m3，質子的質量為m4，則下列說法中正確的是（）A．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23HeB．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23HeC．兩個氘核聚變成一個QUOTE23He23He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）cD．兩個氘核聚變成一個QUOTE