高中4 核裂变与核聚变优质教案设计

这是一份高中4 核裂变与核聚变优质教案设计，共7页。教案主要包含了核裂变的发现，核聚变等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
5.4核裂变与核聚变
教学内容分析
前面已经学习了关于原子核方面的知识，已经有了一定的基础。本节内容由核裂变、核聚变以及核能的利用三部分组成。利用核能除了裂变，还可以利用聚变与热核反应，认识核能的和平利用能为人类造福。在核裂变的三分裂和四分裂以及原子弹和氢弹的研制方面，可以介绍我国在这方面的成就，对学进行爱国主义教育。
学情分析
核裂变核聚变是核物理的基础，也是学生们比较感兴趣的原子弹、氢弹的入门知识。高中生对这一块不是很熟悉，但对此内容却非常感兴趣，有比较浓烈的求知欲。对教师来说，如何将深奥的核物理给高中生讲，并让能大致解答他们的疑惑，为后续大学的相关专业学习埋下伏笔，这是这节课的重点。基于此，本节课从核物理现象出发，逐一介绍相关概念，科学家的探究，目前人类的应用，以及目前人类遇到的问题。让同学们在学习知识点同时，增强自身的使命感，为以后的科研事业埋下种子。
教学目标
物理观念∶知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量。
科学思维∶能够分清楚裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的。
科学探究：通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理学常用的方法一——推理法。
科学态度与责任∶通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情。
教学重难点
教学重点：核裂变、核聚变。
教学难点：核裂变。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？
阅读课本问题，思考如何利用原子核在分裂和合并过程中产生的能量。
观察原子弹爆炸的图片。
通过引导学生思考如何利用原子核分裂和合并过程中产生的能量。提高学生的学习兴趣。
新课教学
一、核裂变的发现
1、核裂变
核裂变：重核受粒子打击，分裂成质量较小的核，释放核能的反应。
⑴铀核裂变的一种典型情形
（最典型的一种核反应方程式）
⑵铀核的三分裂、四分裂
概率：三分裂： 四分裂：
1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。
链式反应
⑴定义：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，这种反应叫核裂变的链式反应。
（2）临界体积和临界质量：使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
思考：
如图为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
答案：(1)不是 (2)不能
解析：重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。
3、核裂变释放大量的能量
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!
小试牛刀
【例题】 (多选)关于重核裂变的说法正确的是( AD )
A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D.裂变过程中释放能量，质量亏损
【例题】铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是( C )
A.铀块的质量是重要因素，与体积无关
B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
学习裂变的概念。
知道裂变的过程。
通过核裂变方程，观察核反应遵循的规律：质量数守恒、电荷守恒。
观看视频
总结链式反应的概念以及发生链式反应的条件。
引发学生思考
完成课堂练习。
通过类比细胞的分裂，让学生更好的理解“裂变”的概念。
让学生明确链式反应的概念，并由学生总结链式反应发生的条件。提高学生的自主学习能力。
带动同学的学习积极性
通过课堂练习，巩固基础知识。
1、反应堆：
通过可控制的链式反应来释放核能的装置。
①铀棒：由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料。
②石墨(或重水)：石墨(或重水)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。
③镉棒：主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。
④水泥防护层：屏蔽射线，防止放射性污染。
2、核电站
⑴核电站工作流程
核电站工作流程
在反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏障裂变反应放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器深埋地下。
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。
小试牛刀
【例题】(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是( ABD )
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
观察核反应堆结构。
完成课堂练习。
通过观察核反应堆的结构图、阅读课本材料，理解人工控制链式反应的原理。
让学生明白科技在推动人类进步的同时，也可以给人们带来灾难，培养学生的爱国主义精神。
三、核聚变
1、核聚变：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。
一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍，核反应方程：
思考与讨论:
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？
⑴用加速器加速原子核
⑵对物质加热到很高的温度108～109K
当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变。因此，核聚变又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
2、核聚变普遍存在于宇宙中
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
恒星
太阳每秒辐射出的能量约为3.8x 1026J，相当于1 000亿亿吨煤燃烧所放出的能量，其中20亿分之一左右的能量被地球接收。现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳，即太阳内部核聚变时释放的核能。

科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
核聚变的利用——氢弹
观看视频：
可控核聚变的方案
⑴磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中受洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
⑵惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
类比核裂变理解记忆核聚变的含义。
思考让粒子加速的方法。
阅读课本材料。了解实现核聚变的困难之处和所采取的方案。
观看视频
让学生在学习过程中学会对比和归纳。养成良好的学习习惯。
课堂总结
一、核裂变的发现
1、定义
2、链式反应
3、链式反应条件
二、核聚变
1、轻核的聚变
2、受控热核反应
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
通过本堂课的学习，主要让学生知道核裂变与核聚变的概念，了解核能在当今社会生产生活中的应用。另外本节内容比较抽象，教师注意引导，采取形象化的比喻来给学生总结、归纳，加强对知识的理解。另外播放我国在原子弹和氢弹的研制上的记录视频，提升学生的爱国情怀和民族自信心。