人教版九年级物理下册教案：22.2核能

第2节核能导入一:情景导入播放核爆炸时的视频,了解核能.学生观看视频,感受核爆炸时产生的巨大能量.过渡语原子核在发生变化时,会释放出巨大的能量,那么你了解原子的结构吗?核能是如何产生的呢?要想知道答案,下面就让我们进入核能的学习吧!导入二:问题导入同学们都知道,我国是个能源消耗大国,每年的各种能源如煤、石油、天然气等消耗巨大,近几年每年全国能耗总量折合标准煤都有30多亿吨,其中2013年全国能源消费总量折合37.5亿吨标准煤,2014年能源消费总量折合38.9亿吨标准煤.38.9亿吨是什么概念?如果把这些煤堆成1 m高,1 m宽的堤坝,长度约为2.8106 km,这个长度约等于地球到月球距离的7倍.大家想一想,长期这样下去,肯定会发生能源危机.我们应该采取什么样的措施来解决能源危机呢?生甲:要不断开发新能源,平时多注意节约能源.生乙:开发利用取之不尽、用之不竭的太阳能.生丙:沿海地区、西部地区风资源丰富的地方,开发风能.过渡语同学们的意见都很有道理,都是解决人类能源危机的好方法.今天我们就来学习一种有望在将来彻底解决人类能源危机的新能源核能.请同学们按“自学提示”阅读课文.一、核能展示原子结构的挂图或投影,回忆原子的结构组成.学生回忆原子结构:原子是由原子核和核外电子组成的,电子在绕核运动.问题:原子核是原子中最小的结构吗?电子为什么会绕核运动?回答:原子核也是可分的,它是由质子和中子组成的.原子核中的质子带正电,电子带负电,原子核吸引电子绕核转动.原子的质量几乎都集中在原子核上,质子和中子的质量几乎相同.原子核的体积相对于原子的体积来说非常小,相当于足球场上的一个鸡蛋.质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起,因此十分牢固,要使它们分裂或结合是极其困难的.但是,一旦原子核发生变化时,就可能释放出惊人的能量,这种能量被称为核能.学生观察原子结构图片,了解原子结构,知道核能.说说对原子结构的认识.学生结合刚才的学习总结原子结构:原子是由原子核和核外电子组成的,电子带负电,原子核带正电.原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的.一般情况下,质子所带正电荷的数量与电子所带负电荷的数量相同原子核发生改变有两种情况,一种是质量较大的原子核裂变成质量较小的核;另一种是由两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核.这两种原子核发生改变的过程中都会伴随着巨大的能量释放.知识拓展原子在化学反应中是最小的微粒,无法再变化.原子由原子核和核外电子构成.原子核由质子和中子构成,而质子和中子由三个夸克构成.电子的质量为9.10910-31 kg,而质子和中子的质量分别是电子的1836倍和1839倍.过渡语核能的能量是巨大的,但是如何让核能安全可控地释放出来呢?二、裂变1.核裂变展示核裂变的资料:19341938年间,科学家利用中子轰击质量较大的铀235,使其裂变成两个质量较小的原子核,同时释放出23个新的中子.观看核裂变的资料,了解核裂变放出能量的过程.提出问题:铀235只有在中子的轰击下才能发生裂变且释放出核能,那么是否要不断地从外界提供中子才能使反应不断进行呢?根据观看裂变资料回答:在铀235裂变时就会释放出中子,所以在裂变的过程中,不需要外界不断地提供中子.实验:利用火柴模拟链式反应.问题:如果去掉其中火柴(1),火柴(2)(3)会燃烧吗?回答:抽掉其中一根火柴,其后面的火柴就不会燃烧,会使燃烧火柴的数量减少.展示链式反应原理的挂图或动画.链式反应如果不加以控制,大量原子核就会在一瞬间发生裂变,释放巨大的能量,产生极大的破坏性,比如原子弹.播放纪录片广岛原子弹爆炸:观看原子弹爆炸产生的危害,感受核能的巨大.2.核能发电在链式反应中,可以通过控制中子数量来控制链式反应的速度.那么可控的核裂变在实际中有什么应用呢?讨论回答:可以用于核能发电、核动力航母等.投影核电站图片,介绍我国核电站的情况.我国核电发展现状:截止到2014年,中国已经有6个投入运营的核电站,12个在建的核电站,数十个筹建中的核电站.问题:核电站运行中能源是由重核裂变提供的,有人认为核能是安全、洁净、廉价的能源.你认可这个观点吗?学生展开讨论,不同观点的同学进行辩论,学会用辩证的观点来认识核能的利用及危害.反方:核裂变时会释放巨大的能量,如果不加以控制,短时间内释放的能量会产生极大的破坏性.正方:如果控制链式反应的速度,可以让核能逐步缓慢地释放就可以为人类所使用.知识拓展裂变只有一些质量非常大的原子核,像铀、钍和钚等才能发生核裂变.铀裂变在核电厂最常见,加热后铀原子放出2到4个中子,中子再去撞击其他原子,从而形成链式反应而自发裂变.撞击时除放出中子还会放出热,但是如果温度太高,反应炉会熔掉,而演变成反应炉熔毁造成严重灾害,因此通常会放控制棒(硼制成)去吸收中子以降低分裂速度.过渡语核裂变释放能量时,会伴随着核辐射等危害,那么有没有更安全、清洁无污染的利用核能的方式呢?三、聚变思路一我们已经知道重核可以裂变成质量较小的轻核,那么质量较小的核能否聚合成质量较大的核呢?介绍轻核的聚变,将质量较小的原子核结合成新的原子核也会放出大量的能量,这就是聚变.比如把氘和氚在超高温下结合成新的原子核氦核.播放氢弹的视频或展示图片.氢弹就是利用氢核的聚变,在瞬间释放出大量的能量.但是到目前为止,科学家还没有找到可靠的控制核聚变的方法.通过可控聚变来利用核能,有望彻底解决人类能源问题!知识拓展氢弹是比原子弹威力更大的核武器,是利用核聚变来发挥作用的.核聚变的过程与核裂变相反,是几个原子核聚合成一个原子核的过程.只有较轻的原子核才能发生核聚变,比如氢的同位素氘、氚等.核聚变也会放出巨大的能量,而且比核裂变放出的能量更大.比如太阳内部连续进行着氢聚变成氦的过程,它的光和热就是由核聚变产生的.思路二聚变获得大量核能的另一重要途径教师: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.学生:阅读教材上一个氘核和一个氚核结合成一个氦核的聚变反应示意图.总结: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两个中子组成,它们发生聚变反应结合成由两个质子和两个中子组成的氦核时,要放出一个中子,并释放出核能.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.聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生,因此聚变又叫热核反应.事例说明:自然界中,太阳内部的温度高达1千万摄氏度以上,在那里进行着大规模的聚变反应.太阳辐射出的光和热,正是由聚变反应释放的核能转化而来的.可以说,地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量.前面讲过,原子弹是利用重核裂变现象制成的,而另一种威力更大的核武器氢弹,则是利用轻核聚变现象制成的.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,而且使用的原料来源也极为丰富,比如可以从海水中提取.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.那时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.目前世界上许多国家都在积极研究核聚变的人工控制.这一非常吸引人的重大课题,取得了一定进展.比如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.我国核聚变能研究开始于上世纪60年代初,从70年代开始,集中选择了托卡马克为主要研究途径.中国新一代“人造太阳”实验装置“EAST”是由中国科学家独立设计建造的世界首个全超导托卡马克,于2007年建成并开始科学实验.近年来科研人员利用这个实验装置取得了多项研究成果.尤其是2012年创造了两项托卡马克运行的世界纪录:获得超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电.这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放电、最长时间的高约束等离子体放电,标志着中国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列.高参数偏滤器等离子体是未来聚变托卡马克放电的最基本运行方式.目前国际上大部分托卡马克的偏滤器等离子体持续时间均在20秒以下,欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高温偏滤器等离子体.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.知识拓展由于核聚变需要极高的温度,要使高温等离子体中核聚变反应能持续进行,必须长时间维持上亿摄氏度的高温.因此一旦某一环节出现问题,燃料温度下降,聚变反应就会自动中止.也就是说,聚变堆是次临界堆,绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核裂变电站的事故,因此它是安全的.1.原子是由原子核和核外电子组成的,原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成,电子带负电.原子的质量主要集中在原子核上,体积非常小.2.获得核能可以有两种途径:裂变和聚变.3.质量较大的原子核会裂变成质量较小的核,同时释放出大量的能量,在实际中可以用于核电站等.4.质量较小的原子核聚合成质量较大的原子核就是聚变,也会释放大量的能量.1.随着电子的发现,人们发现原子是有更小结构的,将视线引入原子的内部,而且更进一步地驱使人类积极探索原子核的内部组成.某同学在关于原子和原子核的讨论中,总结了下列四种说法:(1)原子是由位于中心的原子核和核外电子组成;(2)带负电荷的电子在原子核外空间绕核高速运动;(3)原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里;(4)原子核是由质子和中子组成的,质子的个数一定不等于中子的个数.其中正确的是()A.(1)(3)B.(1)(2)C.(2)(4)D.(3)(4)解析:分子是由原子组成的,原子是由原子核和核外电子组成的,原子核带正电,电子带负电.电子绕核高速旋转,原子核所带正电荷的数量与电子所带负电荷的数量相等.原子核是由质子和中子组成的,质子带正电,中子不带电,原子核中质子数量与中子数量不一定相等,有的相等,有的不等.故选B.2.关于核能的下列说法中,不正确的是()A.核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的B.如果对裂变的链式反应不加控制,在极短的时间内就会释放出巨大的能量,发生猛烈爆炸C.氢弹是利用轻核聚变制成的武器D.原子弹是利用轻核聚变和重核裂变而制成的核武器解析:获得核能的途径有两个:重核裂变和轻核聚变.裂变是质量较大的原子核被中子撞击后分解为较小的原子核并释放巨大能量的过程,如果发生链式反应,会迅速放出大量能量,发生猛烈爆炸,这就是原子弹的原理.在裂变中可以通过控制中子的数量来控制反应速度,可控的核裂变可以用于核电站.聚变是质量较小的原子核聚合到一起变成较大的原子核,并放出巨大能量的过程,现阶段还没有找到控制聚变速度的方法,所以聚变主要用于氢弹,找到控制轻核聚变速度的方法是解决未来能源的一个重要途径.故选D.3.如图所示为核电站发电流程示意图.下列关于核能发电的表述中正确的是()A.核电站使用的燃料是石油或天然气B.核燃料是可再生能源C.核电站发电过程中把核能直接转化为电能D.核电站产生的核废料不可以像生活垃圾那样处理解析:核电站是利用核能发电的,它使用的燃料是核燃料,通过原子核的裂变释放出能量.核反应堆把核能转化为内能,再通过汽轮机把内能转化为机械能,汽轮机带动发电机发电,把机械能转化为电能.核电站会产生核废料,它不能像普通的生活垃圾那样处理,因为核废料中含有大量放射性物质,所以核废料一般是运到人烟稀少的地方进行深埋处理.故选D.4.经过科学家的不懈努力,找到了获取核能的两条途径:和.现阶段已经利用人工控制的方法释放核能的是,利用核能发电的电站叫.解析:当原子核发生改变时会释放出能量,这就是核能.获得核能有两种途径:裂变和聚变.质量较大的原子核裂变成两个或多个