2019-2020年高中物理 《裂变及其应用》教案 沪科版选修3-5.doc

2019-2020年高中物理 裂变及其应用教案 沪科版选修3-5【教学目的】 1. 介绍重核裂变、轻核聚变和它们的应用2. 了解发生聚变反应的条件及聚变反应的特点。3. 了解可控热核反应研究的进展情况。4. 通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。【教学重点】发生聚变的条件及聚变反应的特点。【教具准备】教师：有关氢弹构造及其情况的影象资料、查找有关可控热核反应的最新动态。学生：上网或去图书馆查找有关热核反应的资料。教具：实物投影仪，多媒体课件。【教学过程】、复习&引入能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。这节课我们学习轻核的聚变。二、新课教学一、重核裂变1 什么叫裂变？2 重核在什么情况下才能发生裂变呢？1938年人们用中子轰击铀核量发现铀核裂变的现象以后，这问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可能。3 见图15-7链式反应的示意图4 临界体积（临界质量）5 原子弹6 原子反应堆（图15-11）二、轻核的聚变学生阅读课本第一、二段，分组讨论，归纳总结，回答问题。问题：1.是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？2.什么叫轻核的聚变？3.发生轻核聚变的条件是什么？结合裂变知识，引导学生回答问题1：不是任意核聚变在一起都能释放能量。由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量。【板书】1.什么叫轻核的聚变？把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变。教师补充，常见的聚变反应有H+HH+H+ 4 MeVH+HHe+n+ 17.6 MeV【板书】2.发生聚变的条件要使轻核发生聚变，必须使它们核子间的距离接近到10-15m，由于原子核都是带正电的，要使他们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子核有很大的动能。怎样才能使轻核获得足够大的动能来产生聚变呢？方法之一就是将物质加热。温度越高，分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大。当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服原子核间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变。因此，聚变反应有叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？日英开发出激光核聚变新方法，有关论文发表在近日出版的英国自然杂志上。有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变，但是未经证实。学生阅读课本，总结聚变反应的特点。【板书】3.聚变反应的特点 和裂变相比，聚变反应释放的能量更多例如，一个氘核和一个氘核发生聚变，其核反应方程是H+HHe+n教师给出数据，让学生计算该反应释放的能量。氘核的质量：mD=2.014 102u氚核的质量：mT=3.016 050u氦核的质量：m=4.002 603u中子的质量：mn=1.008 665u1u=1.660 610-27kg，e=1.602 210-19C根据质能方程，释放出的能量E=mc2 =（mD + mT - m- mn）c2 =eV=17.6 MeV平均每个核子放出的能量约为3.3 MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1 MeV。【板书】.聚变材料丰富1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。常见的聚变反应H+HH+H+ 4 MeVH+HHe+n+ 17.6 MeV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，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。【板书】 安全、无污染聚变产物基本上是稳定的氦核，没有放射性，不污染周围环境。而常规裂变反应堆会产生寿命长放射性较强的核废料，容易引起环境污染。师述：可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源的途径。通过阅读课本和大家查找的资料了解目前对聚变能的应用情况。【板书】二、可控热核反应1. 聚变能的应用 太阳能。热核反应在宇宙中是很普通的。太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，就满足热核反应的条件。太阳内部的氢核在极高温下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.81026J。地球只接收了其中的二十亿分之一左右。对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等。师述：查阅资料，更多、更详细地了解太阳能的应用。【板书】 氢弹。氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应。师述：氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆。以获得热核反应所需的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药点燃。【录像】氢弹的构造简介及其爆炸情况。但要使聚变反应所产生的能量用于和平目的，则需实现可控热核反应。【板书】2.可控热核反应世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术。我国在这方面已经具有一定的实力，取得一定的成果。最近，位于合肥西郊的中国科学院等离体物理研究日前传出喜讯：基于超导托卡马克装置HT7的可控热核聚变研究再获突破，运行参数居世界前两位。据介绍，本轮实验有来自美、日等14个研究机构的18位外籍专家参与，HT7装置成为名副其实的国际可控热核聚变研究大舞台。据专家估计，可控热核聚变可能在本世纪40年代投入商业运营，人类从此将拥有用之不竭的洁净能源。在这个中外科学家百年共同努力的造福人类的“千年工程”上，人们将会看到中国人月HT7搭建的里程碑。相关内容可上网上查询。三、小结四、作业1.查阅资料，进一步了解人类对聚变能利用的研究及取得的成果。2.练习四第题。