2020學年高中物理 第三章 原子核 第5、6節(jié) 核裂變 核聚變教案 教科版選修3-5

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1、五、六 核裂變 核聚變 教學目標 1．知道核裂變、核聚變現(xiàn)象，理解核裂變、核聚變放出巨大能量的原理 2．能根據(jù)ΔE=Δmc2核裂變、核聚變情況下放出的能量 3．知道什么叫鏈式反應及鏈式反應的條件；了解核電站工作原理 4．了解可控核聚變反應的優(yōu)點、困難。 重點難點 重點：（1）核裂變、核聚變現(xiàn)象；（2）能根據(jù)ΔE=Δmc2核裂變、核聚變情況下放出的能量 難點：核裂變、核聚變放出巨大能量的原理、核電站工作原理 設計思想 核裂變、核聚變對學生而既熟悉又陌生，平時都聽說過原子彈、核電站，特別是當今的世界因“核”而引發(fā)的各國之間口水戰(zhàn)，學生或多或少都了解一些，這部分內容學生一定很

2、感興趣，所以，講授時我們可以以問題的形式讓學生觀看PPT，自已去看書、思考，整理相關的知識，掌握要掌握的內容。 教學資源 多媒體課件 教學設計 【課堂引入】 問題：在上一節(jié)中，我們學習了原子核的比結合能曲線，知道中等核的比結合能最大，那么一個重核分裂成兩個中等原子核或兩個較輕原子核結合成質量數(shù)較大原子核時要釋放能量還是要吸收能量呢？ 【課堂學習】 一、核裂變 ●核裂變：重核分裂成幾個中等質量原子核并釋放出核能的反應，稱為核裂變。 ★鈾核的裂變：用中子（10n）轟擊鈾核，鈾核發(fā)生裂變，分裂成兩個中等質量的原子核，從而釋放出巨大能量。核裂變的方程： 問題1：寫重核裂變方程

3、應注意什么？ （1）滿足“質量數(shù)、核電荷數(shù)”守恒； （2）只能用“ ”，不能用“=”； （3）兩邊的中子不能約去 學習活動一：在核裂變U＋n →Ba＋Kr＋310n反應中，質量虧損Δm=0.2153u，則 （1）一個鈾核裂變釋放多少能量E？平均每個核子釋放的能量E0是多少 解：E=Δm×931.5Mev=200.55Mev E0=E/235=0.853Mev （2）1g這樣的鈾（原子核質量m=235.0439u）發(fā)生裂變放出多少能量E？這些能量相當于燃燒多少煤所釋放的化學能（無煙煤的燃燒3.35×107J/kg）？ 解：E=1×6.02×1023×200.55

4、×1.6×10-13/235=8.22×1012J m=8.22×1012/3.35×107=2.45×103kg 由此可見核能是十分巨大的 ●鏈式反應 學習活動二：觀看PPT，掌握有關鏈式反應的知識 ★鏈式反應：核裂變釋放出能量的同時，平均每次可以放出2—3個中子，這些中子又轟擊其他核，使之發(fā)生裂變，這樣不斷繼續(xù)，使裂變反應就會持續(xù)進行，就形成了裂變的鏈式反應（原子彈就是利用重核的裂變） 問題2：鏈式反應的維持需要什么條件？（鈾塊體積足夠大） ★臨界體積：通常把裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體積。 ●核電站[ 學習活動三：觀看PPT及書上相關的內容，總結

5、出相關的知識點 ★核電站的核心部位——核反應堆：在人為控制下安全進行鏈式反應 核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒 ★核反應堆 慢化劑（石墨、重水和普通水）：使快中子 慢中子（熱中子） 鎘棒：吸收中子，控制反應速度 混凝土防護層 學習活動四：核能給我們帶來好處，同時也給我們帶來風險，你能舉例說明嗎？ 如：核廢料的處理、校電站的安全 二、核聚變 ●核聚變：把輕原子核聚合成較重原子核的反應（氫彈主要利用的核聚變） 如：11H+10n 21H+Q 21H+21H 42H+Q 問題3：核聚變有何條件？（課本P56） （原子核帶正電，之間存在庫侖

6、斥力，故需要足夠高的溫度（足夠的動能）使兩原子核達到核力的作用范圍，然后通過核力作用發(fā)生聚變，此后就不需要外界再提供能量，靠自身的能量就可以使反應繼續(xù)） 問題4：核聚變?yōu)楹斡址Q“熱核反應”？ 問題5：核聚變與核裂變相比有那些優(yōu)點？ （1）相同質量的燃燒核聚變能釋放更多的能量 （2）核聚變沒有象核裂變產生放射性廢料 （3）核聚變的燃燒氘在地球上非常豐富 問題6：核聚變與核裂變相比有很多優(yōu)點，為什么現(xiàn)在仍利用核裂變發(fā)電？ （核聚變在技術難以控制） ●可控核聚變反應研究進展（課本P58） ★聚變反應堆：可控熱核反應（托卡馬克受控熱核反應） ★聚變反應具有普遍性，它在宇宙中時刻進行

7、著，太陽內部就是一個巨大的熱核反應 ★核聚變是一種安全、不產生放射性物質、原料成本低的能源 學習活動五：已知氘核質量為2.0136u，中子質量為1.0087u，32He核的質量為3.0150u.（1）寫出兩個氘核結合成32He的核反應方程。（2）計算上述核反應中釋放的核能.(已知1u相當于931.5MeV能量) 解：（1）21H＋21H 32He＋10n （2）E=3.26Mev 【板書設計】 一、重核裂變 ●核裂變：重核分裂成幾個中等質量原子核并釋放出核能的反應（原子彈） ★鈾核的裂變： ●鏈式反應及條件 ●核電站[ ★核電站的核心部位——核反應堆：在人

8、為控制下安全進行鏈式反應 核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒 ★核反應堆 慢化劑（石墨、重水和普通水）：使快中子 慢中子（熱中子） 鎘棒：吸收中子，控制反應速度 混凝土防護層 二、輕核聚變 ●核聚變：把輕原子核聚合成較重原子核的反應（氫彈）——熱核反應 11H+10n 21H+Q 21H+21H 42H+Q ●可控核聚變反應研究進展 ★聚變反應堆：可控熱核反應（托卡馬克受控熱核反應） ★太陽內部就是一個巨大的熱核反應 ★核聚變是一種安全、不產生放射性物質、原料成本低的能源 【課堂反饋】 1.吸收一個慢中子后,分裂成和,同時還放出

9、( ) A．1個α粒子 B．1個氘核 C．2個中子 D．3個中子 2.設質子、中子、氘核的質量分別為m1、m2和m3,那么,當一個質子和一個中子結合 成一個氘核時,釋放的能量是( ) A．mc2. B．(m1+m2)c2 C．(m3-m2-m1)c2 D．(m1+m2-m3)c2 3．一核反應方程為10n+11H→21H+2.22MeV,以下說法中不正確的是( ) A.10n和11H結合成21H要釋放2.22MeV核能. B.該逆過程的反應式是:21H+γ→10n+11H. C.把21H分解成一個質

10、子和一個中子至少要吸收2.22MeV的能量才行. D.10n和11H結合成21H要吸收2.22MeV核能. 4．下列核反應方程式中,表示輕核聚變過程的是( ) A.3015P→3014Si+01e B.21H+31H→42He+10n C.146C→147N+0-1e D.23892U→23490Th+42He 5．對于下述四個核反應方程說法中正確的有( ) ① ②能量 ③ ④ A．①是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程 B．②是鏈式反應方程 C．③是核

11、裂變方程,其中x=10 D．④是α衰變方程,其中Y是質子 6．科學研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應，即在太陽內部4個氫核（11H）轉化成一個氦核（42He）和兩個正電子（01e）并放出能量。已知質子質量mP = 1.0073u，α粒子的質量mα = 4.0015u，電子的質量me = 0.0005u． 1u的質量相當于931.MeV的能量．①寫出該熱核反應方程？ ②一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少MeV的能量?（結果保留四位有效數(shù)字） 答案：1．D 2．D 3．D 4．B 5．AC 6．①411H 42

12、He＋201e ②24.87Mev 【課后測評】 1.有三個核反應方稗,分別是：411H→42He+201e, 22688Ra→22286Rn+42He, 23592U+10n→9034Se+13658Sr+1010n，它們的核反應類型分別是( ) A．裂變、裂變、衰變 B．衰變、衰變、人工轉變 C．人工轉變、裂變、裂變 D．聚變、衰變、裂變 2.下列原子核反應式中,x代表α粒子的反應式是( ) A． B． C． D. 3．太陽輻射能量住要來自太陽內部的( ) A．化

13、學反應 B．放射性衰變 C．裂變反應 D．熱核反應 4．（2020廣東卷）下列釋放核能的反應方程，表述正確的有（ ） A．是核聚變反應 B．是β衰變 C．是核裂變反應 D．是α衰變 5．(2020全國新課標)（1）氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為：，式中x是某種粒子。已知：、、和粒子x的質量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是__________，該反應釋放出的能量為_________ MeV（結果保留3位有效數(shù)字）

14、 6．在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應性強的優(yōu)勢。在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量的核能。 （1）核反應方程U＋n →Ba＋Kr＋aX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，則α的值為多少，X表示哪一種核？ （2）上述反應中，分別用mU、mBa、mKr表示U、Ba、Kr的質量，用mn和mp表示 中子和質子的質量，則該反應過程中釋放的核能為多少？ （3）有一座核能發(fā)電站，發(fā)電能力P＝1×106kW，核能轉化為電能的效率η＝40%，設反應 堆中發(fā)生的裂變反應全是（1）中的核反應，已知每次核反應過程中放出的核能E1＝2.78× 10-11J，鈾核的質量mU＝3.9×10-25kg，求每年（365天）需要消耗的鈾的質量。 答案：1．D 2．C 3．D 4．AC 5．中子（10n） 17.6Mev 6．（1）3 中子（10n） （2）1.1×103kg