2.核能的释放

2 核能的释放（教案）镇海区应行久外语实验学校 李君瑜教学目标1.常识性了解裂变、链式反应、聚变的大致情况和原子弹、氢弹的制造原理，以及核反应堆的作用。2.知道核能是从原子核内部释放出来的能量,比化学能大的多。3.常识性了解研究可控核聚变的重大意义。启发学生想象人类开发利用核能的美好前景，激发学生努力学习科学技术的热情。4.进行科学研究方法的启蒙教育。了解我国核能发展史,激发学生热爱科学,热爱祖国的情感。教学重点及难点1.人类开发新能源的重要性。2. 核能的概念,核能的优点。3.重核裂变是核电站、原子弹的应用原理。4.轻核聚变是太阳能及氢弹的应用原理。教学方法谈话讲授法教具多媒体课件(显示原子和原子核，链式反应的情况,演示一些相关图片）。教学课时二课时教学过程第一课时：1.新课导入【教师】请同学们谈谈当今世界，人类在使用哪些能源？【学生活动】学生踊跃发言：煤炭、石油、天然气、水能、地热能、太阳能、风能、核能等；【教师】我们知道：像石油、煤、天然气等化石燃料，是经过漫长的地质年代才形成的，人类大量开采消耗以后，短期内无法恢复。以中东地区的石油为例，尽管探明储量占世界一半以上，但如按现在的开采速度，也只能维持3040年，总有一天要消耗待尽。因此人类正在积极地开发利用可再生能源，也就是人们所称的“新能源”。在现有能源即将出现危机之时，人们很自然地把目光转向储量更丰富、使用起来更清洁和可以再生的新能源。本节课我们来介绍新能源中的核能。2.新课讲授【板书】一、核能【教师】什么叫核能？（多媒体播放）核能是一种先进的、可以替代常规能源的新能源。目前世界上利用核能发电的核电站已有400多个。其年发电量约占全球年发电总量的17%，到下世纪，核能有可能成为一些国家的主要能源。要了解核能是怎么回事，就需要从物质结构原子和原子核的组成说起（多媒体显示原子和原子核结构图）。科学家们在天然放射性现象的研究中，发现了极其微小的原子核内部还有结构，原子核也是可以变化的。为了研究原子核内部的结构，物理学家们尝试用粒子去轰击原子核，最初是用粒子去轰击，后来又用质子、中子去轰击，发现都能引起原子核的变化核反应，而且发现在某些核反应过程中能释放出大量能量。由于原子核的变化而释放的巨大能量，我们把它叫做核能。【板书】原子核在转变过程中所释放的巨大能量叫做原子核能，也叫核能。【教师】同学们认为，核能与化学反应所释放的化学能相比哪个能量更大？【学生】异口同声：核能【教师】没错，而且大很多，举个例子，我们若能把一克氮核全部转变成氧核时，所释放的能量就相当于燃烧4吨煤所释放的化学能。但同学们、要注意的是原子核并不轻易地转变。【阅读】原子核能与质能关系，请学生来谈谈看法【教师】那么核能在释放的过程中，原子核内到底发生了怎样的转变呢？提出以下几个问题，指导学生阅读P137138的三段文字：1.什么叫重核的裂变？2.什么叫链式反应？3.核电站和核反应堆在链式反应时的区别？【学生】认真阅读2-3分钟【教师】经过科学家们的大量实验研究和理论分析，发现释放核能可以有重核的裂变和轻核的聚变两条途径【板书】二、重核的裂变【教师】（结合多媒体讲解）：科学家们发现，用中子去轰击质量数为235的铀，铀核会分裂成大小相差不大的两个中等质量的原子核，这种现象叫做重核的裂变。【教师】请同学们看书上的“铀核的链式反应图”，四人一小组展开讨论：重核的裂变释放核能的具体过程？【学生活动】学生经讨论回答【教师】裂变后的产物以很大的速度向相反方向飞开，与周围的物体分子碰撞，使分子动能增加，核能转化成周围物体的内能。实验表明，裂变时释放的核能十分巨大。从图中我们可以看到，铀-235只有在中子的轰击下才能发生裂变，放出核能，那么是不是要不断地从外界提供中子，才能维持铀核的不断裂变呢？科学家们从实验中发现， 铀-235核在受到中子的轰击后，裂变成2个差不多大小的新粒子的同时，还释放出23个新中子，这23个中子又去轰击其它铀235核，引起23个新铀核裂变，又各放出23个中子，这些中子又去轰击更多的轴核发生裂变随着一个轴核裂变的发生，会引起越来越多的铀核发生裂变。这样，裂变就不断地自行持续下去，这种现象叫做链式反应。【板书】连锁式的铀核裂变反应叫链式反应。【教师】若这种原子核裂变的连锁反应不加控制，会发生什么后果？【学生】重核裂变不断地进行放出巨大的能量【教书】对，如果空间有限就会发生大爆炸，这就是原子核的应用原理。让学生看教材上我国第一颗原子弹爆炸后引起蘑菇状烟云的示意图（说明：原子弹爆炸时，立刻发出强烈的闪光，可照亮100千米以内的天空和地面，闪光后，天空出现一个火球，并迅速上升。火球冷却后变成褐色烟云，同时地面上升起的尘土和烟柱一起形成可上升到15千米高空的蘑菇状烟云。原子弹爆炸时还发出极其强烈的爆炸声，几十千米以外也可听到）。那如果我们能有效的控制住链式反应的速度的话，就能让核能稳定持续的释放，供我们人类所需，我们把这种核反应装置叫核反应堆。核反应堆可利用来做什么呢？【学生】建造核电站，利用核能发电。【教师】这就是目前和平利用原子核能的主要途径。人们已经成功地生产出各种规格的核反应维，它是核潜艇、核动力破冰船、核电站等设施的核心部件。让学生看教材上我国第一座核反应堆外貌图（彩图，说明：建造核反应堆，对材料、技术、安全防护设施等都有很高、很严的要求。不但需要解决很多核物理问题，也要求材料科学、电子学、自动控制学等解决许多困难问题。能自行设计、制造核反应堆，表明我国在这一高科技领域取得了重大成就，为和平利用核能创造了必要的条件）。【阅读】爱因斯坦等三位科学家的生平，进行科学研究方法的启蒙教育。第二课时：1.新课导入【教师】(媒体显示”核链式反应”示意图)请一位同学来讲讲重核裂变释放核能的原理及过程。【学生】中子撞击铀原子核时，重核裂变成两个原子核并释放出能量。【教师】那么还有其他的原子核转变形式可以释放出核能的？【学生】轻核的聚变【板书】三、轻核的聚变【教师】这个过程原子核发生了怎样的转变呢？大家阅读P140141，自己先来谈谈对这个过程的理解。【学生】阅读几分钟后积极发言，各抒己见。【教师】科学家们发现，某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变。【板书】轻核的聚变：较轻的原子核结合成较重的原子核时释放能量的现象。【教师】 由于聚变必须在极高的温度和压强下进行，所以也叫热核反应。例如把一个氘核(质量数为2的氢核)和一个氚核(质量数为3的氢核)在高温、高压的环境下结合成一个氦核时，就会释放出核能。让学生看教材上一个氘（dao）核和一个氚（chuan）核结合成一个氦核的聚变反应示意图（说明：一个氘核由一个质子和一个中子组成，一个氚核由一个质子和二个中子组成，它们发生聚变反应结合成由二个质子和二个中子组成的氦核时，要放出一个中子，并释放出核能）【教师】那么轻核的聚变与重核的裂变所释放的能量一样吗？【学生】不一样，是轻核的聚变释放的大的多【教师】对，氘核和氚核聚变时放出的能量要比等量的铀核裂变时放出的能量大几倍氢弹就是利用这个原理制成的。氢弹的威力比原子弹要大得多，(指着氢弹爆炸后升起的蘑菇云挂图说)这是氢弹爆炸后升起的蘑菇云，比原子弹的威力要大几十倍。【教师】同学们知道我们自然界中有轻核的聚变的例子吗？【学生】太阳能的释放【教师】我们最熟悉的太阳内部就在不断地进行着大规模的核聚变反应，由此释放出的巨大核能以电磁波的形式从太阳辐射出来，地球上的人类自古以来，每天都享用着这种聚变释放出的核能。 应该注意的是人们现在还不能有效地使聚变在人工控制下进行，从而和平利用聚变释放的核能由于聚变不但放出的能量更多，而且所使用的原料来源也极为丰富，可以从海水中提取例如，从几升海水中提出的氘在发生聚变后可以提供相当于燃烧1千多升石油放出的能量因此，目前世界上许多国家都在积极研究核聚变的人工控制（通常又叫可控或受控热核反应）这一非常吸引人的重大课题，并取得了进展（注：值得一提的是，1991年，欧洲的科学家们首次做成了可控核聚变实验，这是科学史上一件大事，它标志着人类向获得理想的能源迈出了重要的一步但要达到实用阶段，还需要攻克许多技术难题，未来的任务仍然相当艰巨）【阅读】我国的原子弹和氢弹 进行爱国主义教育。【教师】我国自行设计的大型可控核聚变实验装置“中国环流一号”，已于80年代中期在四川省乐山市建成投入使用近年来，科研人员利用这个实验装置取得了多项研究成果江泽民主席看了“中国环流一号”后，曾经指出：“受控核聚变是开发人类新能源的尖端项目一旦实现，地球上的全部海水就会成为巨大的能源库，至少可供人类使用上百亿年尽管目前工程技术上还有一些困难，但我相信总有一天会突破”由以上的介绍可知，人类和平利用核能的前景是美好的在可控核聚变的研究中，我国必将做出自己的贡献【总结】多媒体播放【布置作业】知道什么是核能，了解释放核能的两条途径。 自我评价1在教案中，着力通过介绍核能的常识使学生了解物理知识在社会主义现代比建设和发展高科技中的作用，以利于激发学生逐步形成早期的科技觉醒意识 2.力求讲述的内容简明、扼要，便于学生抓住重点，如对核裂变时释放出核能转化为周围物体的内能问题只让学生通过阅