《核裂变核聚变》教案

《核裂变核聚变》教案设计思路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。教学设计内容教学目的让学生了解核裂变核聚变基本原理让学生在了解核裂变在能源领域的应用让学生知道核聚变的基本原理以及目前人类应用核聚变遇到的问题教学重点难点教学重点：核裂变的现象、原理、应用教学难点：反应堆与核电站教学过程导入：给学生讲一下物理学家在探究粒子世界时发现的现象，并对此做进一步的解释，由此引出核裂变。呈现：教师通过对核裂变方程的解读，引入核裂变的种类并对核裂变做进一步解读。特别强调我国科学家在这个过程中的贡献，激发学生的民族自豪感，增强使命感。教师通过对核裂变过程中能量变化的计算，让学生对核裂变反应的能量变化有个直观的认识。进一步分析反应，发现反应可以持续，引入链式反应。顺其自然，提出问题，核裂变过程的能量能否为人类所利用，引出反应堆和核电站。让学生知道，核裂变目前在我们的生活中已有重要应用。教师通过对核聚变的简介，让学生认识到核聚变的巨大应用潜力。另一方面，介绍核聚变的应用目前遇到的问题，激发学生的使命感，为以后的科研埋下种子，种下希望。练习：教师给出数据，让学生计算核反应过程中的能量变化。总结：今天我们核裂变核聚变的基础知识，对生活中的核电站是如何发电的，太阳为什么一直发光发热有了初步的认识。也学习了人类目前在应用核能方面遇到的问题，为学生后续的学习埋下伏笔。作业：用今天所学介绍核电站工作原理。自主探究目前人类开发核能的相关知识。教学反思：本节课的亮点在于：内容完整，逻辑清晰将复杂的核反应用动画进行简要展示，用数据展现核反应释放的巨大能力。给学生讲解人类目前探究核能遇到的问题，激发学生的责任感，使命感。本节课的不足之处在于：由于核裂变核聚变本身就是比较复杂的知识，课程时间有限，一些内容不能展开来细说，学生在听讲时部分内容可能需要进一步查阅相关资料。课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)关于铀核裂变,下列说法正确的是()A.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不同的核B.铀核裂变时还能同时释放2~3个中子C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用铀235而不用铀238D.铀块的体积对产生链式反应无影响答案BC解析铀核受到中子的轰击,会引起裂变,放出2~3个中子,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,只是裂变成两块的情况多,也有的裂变成多块,A错误,B正确;铀235受慢中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只能俘获能量在1MeV以上的中子才能引起裂变,且裂变的概率小,C正确;要引起链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,D错误。2.(吉林长春模拟)图为原子核裂变并发生链式反应的示意图,铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变对应的核反应方程是

92235U+n→a140X+

38bY+2n,其中nA.a=53,b=93 B.a=54,b=94C.a=53,b=94 D.a=54,b=93答案B解析核反应质子数守恒:92=a+38;核反应质量数守恒:235+1=140+b+2;联立得a=54,b=94。故B正确,A、C、D错误。3.(湖北武汉模拟)聚变与裂变相比有很多优点,下列说法不正确的是()A.地球上聚变燃料的储量丰富,足以满足聚变的需要B.轻核聚变更为安全、清洁C.相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多D.环流器是利用聚变物质的惯性进行约束,即用激光从各个方向照射反应的物质,使它们“挤”在一起发生反应答案D解析地球上每升水中含有0.03g的氘,氚可以利用锂制取,聚变燃料丰富,故A正确;轻核聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应自动停止,且反应产生的氦没有放射性,聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂变反应堆生成的废物数量少,放射废料少,容易处理,故B正确;相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多,产能效率高,故C正确;环流器是利用磁约束,而不是聚变物质的惯性进行约束,故D不正确。4.(多选)下列说法正确的是()A.

12HB.92235U+01C.88226Ra→86222RnD.1124Na→12答案ABC解析A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核,是聚变反应,故A选项正确;B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核,并放出几个中子,是裂变反应,故B选项正确;在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子,是α衰变,C选项是正确的;而D应是β衰变,故答案为A、B、C。5.(多选)据《中国科技报》报道,我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称为“人造太阳”)已经完成了首次工程调试,下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程是

92235U+01B.“人造太阳”的核反应过程中一定发生质量亏损,该过程释放的核能可以用ΔE=Δmc2来计算C.“人造太阳”的核反应方程是

12HD.“人造太阳”的核反应必须在极高温度下,使参与核反应的原子核间的距离接近10-15m的范围以内才能够发生答案BCD解析人造太阳的核反应是氘核和氚核进行的核聚变反应,A错误,C正确;核聚变过程中出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可求出核反应释放的能量,B正确;聚变反应必须在极高温度下,使参与核反应的原子核间的距离接近10-15m的范围以内才能够发生,故D正确。关键能力提升练6.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.3MeV的能量,当三个α粒子结合成一个碳(C)核时,放出7.26MeV的能量,则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时,释放的能量约为()A.21.04MeV B.35.56MeVC.77.64MeV D.92.16MeV答案D解析6个中子和6个质子可结合成3个α粒子,放出能量3×28.3MeV=84.9MeV,3个α粒子再结合成一个碳核,放出7.26MeV能量,故6个中子和6个质子结合成一个碳核时,释放能量为84.9MeV+7.26MeV=92.16MeV。7.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核,已知氘核质量mD=2.0136u,氦核质量mHe=3.0150u,中子质量mn=1.0087u。(1)计算释放出的结合能;(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35MeV,它们正撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转变为动能,则反应产生的氦核和中子的动能各为多大?答案(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV解析(1)核反应方程为

12H反应质量亏损Δm=2mD-mHe-mn=0.0035u。由质能方程得释放核能ΔE=Δm×931.5MeV=0.0035×931.5MeV=3.26MeV。(2)将两氘核作为一个系统由动量守恒定律有0=mHevHe+mnvn ①由能量守恒定律有12mHevHe2+12mnvn2由①②代入数据可得EkHe=0.99MeVEkn=2.97MeV。8.现有的核电站常用的核反应之一是:

92235U+01n→60143Nd(1)核反应方程中的υ是反中微子,它不带电,质量数为零,试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数;(2)已知铀核的质量为235.0439u,中子的质量为1.0087u,钕(Nd)核的质量为142.9098u,锆核的质量为89.9047u,试计算1kg铀235裂变释放的能量为多少焦耳?(已知1u质量相当于931.5MeV的能量,1u=1.6606×10-27kg,不考虑核反应中生成的电子的质量)答案(1)4090(2)8.1×1013解析(1)锆的电荷数Z=92-60+8=40,质量数A=236-146=90