2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 七、轻核的聚变(第一课时).doc

2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 七、轻核的聚变(第一课时)本节教材分析轻核的聚变也是释放核能的一条途径，这在上一节已经讨论过.本节主要说明有些聚变反应要比裂变反应释放更多的能量.但聚变反应要求更高的条件几百万摄氏度的高温，因而也叫热核反应.还要使学生了解热核反应在宇宙中是很普遍的，如太阳和许多恒星内部就进行着激烈的热核反应，将巨大的能量源源不断的释放出来，这就是恒星能不断发光发热的原因.但宇宙中的热核反应是不能人为控制的，为了使热核反应释放的能量造福于人类，科学家正在研究和实验可控热核反应的装置.可控热核反应比原子反应堆具有更大的优越性，如释放能量更多、原料丰富、污染轻、核废料容易处理等，我国在可控热核反应方面的研究和实验也处于世界前列.教学目标一、知识目标1.了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展.二、能力目标本节属于了解内容，无要求.三、德育目标通过了解核能的特点，认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难.教学重点聚变核反应的特点.教学难点聚变反应的条件.教学方法本节内容以学生阅读自学为主，辅之以教师的点拨，首先通过教师点拨学生仔细研究核子平均质量曲线，了解较轻原子核平均核子质量比较重原子核的核子平均质量更大，因而轻核的聚变要比重核的裂变释放更大的核能.再通过具体研究氘核和氚核的聚变反应了解核聚变反应条件需要很高的温度.然后通过学生自学了解可控热核反应的研究和实验发展情况.教学用具无特殊教具.课时安排1课时教学过程一、引入新课通过上一节的学习，我们知道除了通过重核裂变能够释放核能以外，另一条释放核能的途径就是轻核的聚变，这就是我们本节课要研究的问题.二、新课教学（一）聚变反应及其条件教师点拨请同学们再看看核子平均质量曲线，想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？学生思考并讨论学生回答因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大.1.氢的聚变反应： 21H+31H42He+10n2.释放能量：Emc217.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的34倍教师点拨请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？学生阅读教材，得出结论3.产生条件微观上，参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间强大的库仑斥力.宏观上，要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温.说明：（1）热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量.太阳每秒释放的能量约为3.81026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一.（2）聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸.上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，它的威力是原子弹的十几倍.（二）可控热核反应教师点拨目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类.我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平.请同学们自学教材的最后一部分，以了解这方面的情况.学生自学，了解以下要点1热核反应相对裂变反应的优越性.2我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况.三、小结本节主要研究了聚变核反应的特点和条件，聚变反应要比裂变反应释放更多的能量，但它发生的条件是要达到几百万度的高温，因而聚变反应也叫热核反应.可控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径.四、布置作业完成课后练习五、板书设计（一）聚变反应及其条件1.氢的聚变反应： 21H+31H42He+10n2释放能量：Emc217.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的34倍.3.产生条件：微观上，原子核接近到10-15 m.宏观上，温度达到几百万摄氏度.（二）可控热核反应1.相对裂变反应的优越性：功率大、污染轻、核废料容易处理.2我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况：世界前列.六、本节优化训练设计1.太阳辐射能量主要来自太阳内部的A.化学反应B.放射性衰变C.裂变反应D.热核反应2.中子和质子结合成氘核,在这一核反应中A.反应物的质量大于生成物的质量B.反应前后质量数一定守恒C.此反应一定释放能量D.此反应一定吸收能量3.氘核（21H）和氚核（31H）聚合成氦核（42He）的核反应方程如下：21H+31H42He+10n设氘核质量为m1，氚核质量为m2，氦核质量为m3，中子质量为m4，则反应过程中释放的能量为A.(m1+m2-m3)c2B. (m1+m2-m4)c2C.(m1+m2m3m4)c2D. (m3+m4-m1-m2)c24.已知两氘核聚变成一个氦核放出23.76 MeV的能量，那么1 g氘完全聚变成氦时将会放出的能量为A.约为1.136106 JB.约为2.2721011 JC.约为5.681011 JD.约为5.68106 J5.完成氘核和氚核结合成氦的核反应方程：21H+31H42H+_.若反应过程中发生的质量亏损是m kg，则反应放出的能量是_J.6.用光子轰击氘核，使之分成质子和中子.已知氘核质量为2.0135 u，质子质量为1.0072 u，中子质量为1.0086 u，其中1 u1.660510-27 kg.又知普朗克常量h6.6310-34 Js.则所用光子在真空中的波长应为_m.7.一个负电子和一个正电子相遇发生湮灭而转化为一对光子,已知负电子和正电子的质量都是m,光在真空中的速度是c,普朗克常量为h,转化前它们的动能忽略不计,则转化成光子的波长是_.8.一个锂核（73Li）受到一个质子的轰击，变成2个粒子，这一过程的核反应方程为_.已知一个氢原子的质量是1.673612-27 kg，一个锂原子的质量是11.65051027 kg，一个氦原子的质量是6.64661027 kg.上述核反应所释放的能量等于_（最后结果取三位有效数字）9.4个质子在高温下能聚变成一个粒子同时放出能量.已知质子质量为1.007276 u,粒子质量为4.001506 u, 1 u=1.6610-27 kg,阿伏加德罗常数为6.021023/mol. (1)写出核反应方程; (2) 1 g氢完全聚变成粒子能释放出多少能量?参考答案:1.D 2.ABC 3.C 4.C5 .10n,mc2 6.5.81013 7.h/cm8.73Li+11H242He，2.781012 J9.(1)4(11H)42He+2(01e)+能量(2) 4个质子聚变m=41.007276 u4.001506 u=0.027598 u, E=mc2=0.027598931.5 MeV=25.71 MeV1 g氢含有6.021023个质子,放出能量为EE=6.02102325.71/4 MeV=3.871024 MeV