粤教版2019 高中物理 选修三 5.5 裂变和聚变 教学设计
展开《裂变和聚变》教学设计
教学目标:
- 知道重核裂变和轻核聚变,发展物质观念和能量观念;
- 了解链式反应,体会用物理模型分析问题的过程,提高科学思维能力;
- 了解可控热核聚变反应;
- 了解核技术应用对人类生活和社会发展的影响,思考科学技术和社会的关系。
教学重点:
1、重核裂变的核反应方程式的书写;
2、核聚变的特点和条件。
教学难点:
重核裂变的特点
教学方法:
阅读,讨论与交流、练习、讲授。
课时安排:1课时
问题引入:
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?
新课教学:
一、核裂变与链式反应
1、核裂变:比铁原子核重的一个重核分裂成两个较轻的核时,会释放出能量,这种核反应叫作核裂变。
2、核聚变:比铁原子核轻的两个轻核聚合成一个较重的核时,也会释放能量,这种核反应叫作核聚变。
【讨论与交流】比结合能小的重核裂变为两个较轻的原子核,为什么质量会亏损而释放能量?
3、铀核裂变:;
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【思考问题】(1)从铀核裂变的核反应方程式中,你发现核裂变有什么特点?
(2)核裂变会产生更多的中子,会导致怎样的结果?
4、链式反应: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,叫做核裂变的链式反应。
5、临界体积:能够发生链式反应的铀块最小体积叫作它的临界体积。
二、核聚变与受控热核反应
情境:一个氘核与一个氚核结合生成一个氦核,同时放出一个中子。
【思考问题】(1)请写出该反应的核反应方程。
(2)已知氘核的质量:mD=2.014102u,氚核的质量:mT=3.016050u,氦核的质量:mα=4.002603u,中子的质量:mn=1.008665u,请求出该反应所释放的核能。(1u=931.5MeV)
【思考问题】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?
与核裂变相比,核聚变有很多优点。第一,轻核聚变产能效率高,也就是说,相同质量
的核燃料,反应中产生的能量比较多。第二,地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富。第三,轻核聚变更为安全、清洁。
三、核能利用
【讨论与交流】核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用?
1、核燃料:
2、控制棒:
3、减速剂:
4、冷却剂:
5、水泥防护层:
【思考问题】核能发电有哪些优点和缺点?
练习1:在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍,假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰,而且认为碰撞前碳核都是静止的。
(1)设碰撞前中子的动能是,经过一次 碰撞,中子失去的动能是多少?
(2)至少经过多少次碰撞,中子的动能才能小于10-6 ?
练习2:钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子,而铀核激发态立即衰变为铀核,并放出能量为 0.097 MeV的γ光 子。 已知的质量为239.052 1 u、的质量为235.043 9 u和α粒子的质量为4.002 6 u,且l u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出衰变方程。
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能。
课堂小结:
1、知道重核裂变,书写重核裂变核反应方程式;
2、知道聚变反应的特点。
课后作业:
1、课后练习第3题
2、完成练习册