原子核能教材分析和教法建议.doc

原子核能教材分析和教法建议 本单元教材内容是在学生掌握了原子结构和原子核组成的知识基础上，进一步探讨原子核的能量问题原子核能尤其是通过裂变与聚变这两条有效途径获得原子核能是当前解决能源问题中大家关心并积极研究的大事情我们有必要让学生了解这方面的基本知识和进展情况（1）核能一节实际上讲的就是结合能的内容，不过避开了学生较难理解的术语和核子平均结合能的概念，着重从核的质量亏损和质能联系方程来讨论能量的变化问题教学中应该使学生了解：一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应的核子在结合成原子核时总质量减少了，相应地总能量也要减少根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的这部分能量也不会凭空产生，要从外部来供给能量总是守恒的，但是在原子核反应中伴随有巨大的放能和吸能现象核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物间的质量差用质能联系方程来计算核反应中释放或吸收的能量要比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级核反应中能量的吸放，跟核力的作用有关当核子结合成为原子核时，核力要做功，所以要放出能量（跟重力做功时物体的势能减少、动能增加类似）把原子核分裂成核子时，要克服核力做功，所以要由外界提供能量另外，原子核的质量亏损并不破坏质量守恒定律例如在核反应意，不要使学生产生误解（2）重核裂变要利用原子能，就要设法让核能释放出来怎样才能释放核能？教学中可以联系一些放能反应的实例进行讨论：由天然放射性元素原子核的衰变来取得原子核能行不行？例如铀238在衰变时放出的粒子具有4.18兆电子伏的能量，钻60的衰变放出的粒子有0.32兆电子伏能量、放出的光子具有1.17兆电子伏的能量可见衰变过程也是释放能量的过程可是天然衰变进行得非常缓慢（铀238的半衰期为4.49109年，钴60的半衰期为5.27年），放出的功率很小，人又无法控制，实用价值不大（可用于医疗、科研）靠原子核人工转变时放出的能量确实有能量放出来，但是粒子击中原子核的机会太少了，常常是用几百万个粒子才击中一、两次，这种做法是得不偿失的在这样讨论的基础上再提出重核裂变和链式反应，学生的印象会更深刻些重核裂变的机制，一般可不做说明如果有的同学问到这个问题，可做粗浅的解释，告诉他们：中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核力迅速减小，不足以克服质子之间的库仑斥力，核就分裂成两部分应当告诉学生，我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核裂变研究中作出的贡献不过三分裂和四分裂现象发生得较少，它们产生的几率与二分裂现象产生的几率相比，分别为后者的千分之三和万分之三应该让学生了解，维持链式反应要有一定的条件如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去由于裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被裂变物质中所含的杂质吸收，所以链式反应未必能持续地进行下去要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，还要增大裂变物质的体积这就引入了临界体积的概念要让学生了解，参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应就可以持续下去还可以告诉学生，跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量纯铀235的临界体积（球形），直径只有4.8厘米，相应的临界质量只有1千克左右核反应堆，由于堆型的不同，临界质量可以从几千克到几百千克核反应堆和核电站是现代科普知识，大纲中把这些知识列为选学内容，是为了增加教学中的机动性教学中应尽量向学生介绍核反应堆的教学，着重让学生了解用人工方法控制链式反应速度的原理，了解减速剂和控制棒的作用阅读材料中介绍的快中子型反应堆（即增殖堆），从长远来看是很有前途的，应该指导学生阅读这里，关于什么是快中子、慢中子和热中子，也可以向学生做些解释裂变反应中放出的中子能量在0.1至20兆电子伏之间，平均约2兆电子伏在反应堆中减速后，中子的动能减小到跟减速剂的原子核达到热平衡，这样的中子称为热中电子伏至于快中子，常指能量超过0.1兆电子伏的中子，低于这个能量的称为慢中子在反应堆的研究中，有时也把能量高于热中子的全部中子归入快中子中结合核电站的教学，应该适当介绍世界上各发达国家以及一些发展中国家和地区在核能发电上取得的进展，介绍我国正在建设中的广东大亚湾和浙江秦山核电站的有关情况，指明发展核电以适应现代化建设事业对能源日益增长的需要，是一种必然的趋势，使同学们能够正确认识我国对发展核电建设采取的政策和措施（3）轻核的聚变轻核聚变可以释放能量，它的原理在引入核能的一节已经讲过本节教学，可联系一些实例，让学生体会核聚变的意义例如，可以举这样的例子：在这两个反应中，前一反应的材料是氘；后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物所以氘是实现这两个反应的原始材料只要有了氘核和适当的装置，使这两个反应能连续进行，就可从三个氘核的聚之不尽的也可以讲一讲太阳上的热核反应在太阳内部，氢核在极高温度下聚变成氦核，在这