《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》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《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(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
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)E=mc2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)E=mc2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(shè)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(nèi)容學生一定很感興趣,所以,講授時我們可以以問題的形式讓學生觀看PPT,
2、自已去看書、思考,整理相關(guān)的知識,掌握要掌握的內(nèi)容。教學資源 多媒體課件教學設(shè)計【課堂引入】問題:在上一節(jié)中,我們學習了原子核的比結(jié)合能曲線,知道中等核的比結(jié)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(jié)合成質(zhì)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(zhì)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(zhì)量的原子核,從而釋放出巨大能量。核裂變的方程: 問題1:寫重核裂變方程應注意什么?(1)滿足“質(zhì)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
3、去學習活動一:在核裂變Un BaKr310n反應中,質(zhì)量虧損m=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=m931.5Mev=200.55Mev E0=E/235=0.853Mev(2)1g這樣的鈾(原子核質(zhì)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3.35107J/kg)?解:E=16.021023200.551.610-13/235=8.221012Jm=8.221012/3.35107=2.45103kg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(guān)鏈式反應的知
4、識鏈式反應:核裂變釋放出能量的同時,平均每次可以放出23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(zhì)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(guān)的內(nèi)容,總結(jié)出相關(guān)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
5、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(zhì)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(chǎn)生放射性廢料(3)核聚變的燃燒氘在地球上非常豐富
6、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(shù)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著,太陽內(nèi)部就是一個巨大的熱核反應核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低的能源學習活動五:已知氘核質(zhì)量為2.0136u,中子質(zhì)量為1.0087u,32He核的質(zhì)量為3.0150u.(1)寫出兩個氘核結(jié)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)21H21H 32He10n (2)E=3.26Mev【板書設(shè)計】一、重
7、核裂變核裂變:重核分裂成幾個中等質(zhì)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(nèi)部就是一個巨大的熱核反應核聚變是一種安全、不產(chǎn)生放射性物質(zhì)、原料成本低的能源【課堂反饋】1.吸收一個慢中子后,分裂
8、成和,同時還放出( )A1個粒子 B1個氘核 C2個中子 D3個中子2.設(shè)質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3,那么,當一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個氘核時,釋放的能量是( )Amc2. B(m1+m2)c2 C(m3-m2-m1)c2 D(m1+m2-m3)c23一核反應方程為10n+11H21H+2.22MeV,以下說法中不正確的是()A.10n和11H結(jié)合成21H要釋放2.22MeV核能.B.該逆過程的反應式是:21H+10n+11H.C.把21H分解成一個質(zhì)子和一個中子至少要吸收2.22MeV的能量才行.D.10n和11H結(jié)合成21H要吸收2.22MeV核能.4下列核反應方程式中
9、,表示輕核聚變過程的是( )A.3015P3014Si+01e B.21H+31H42He+10nC.146C147N+0-1e D.23892U23490Th+42He5對于下述四個核反應方程說法中正確的有( ) 能量 A是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程B是鏈式反應方程C是核裂變方程,其中x=10D是衰變方程,其中Y是質(zhì)子6科學研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應,即在太陽內(nèi)部4個氫核(11H)轉(zhuǎn)化成一個氦核(42He)和兩個正電子(01e)并放出能量。已知質(zhì)子質(zhì)量mP = 1.0073u,粒子的質(zhì)量m = 4.0015u,電子的質(zhì)量me = 0.0005u 1u的質(zhì)量相當于9
10、31.MeV的能量寫出該熱核反應方程?一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少MeV的能量?(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)答案:1D 2D 3D 4B 5AC6411H 42He201e 24.87Mev【課后測評】1.有三個核反應方稗,分別是:411H42He+201e, 22688Ra22286Rn+42He,23592U+10n9034Se+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(zhuǎn)變C人工轉(zhuǎn)變、裂變、裂變 D聚變、衰變、裂變2.下列原子核反應式中,x代表粒子的反應式是( )A BC D.3太陽輻射能量住要來自太陽內(nèi)部的( )A化學反應B放射性衰
11、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是衰變C是核裂變反應D是衰變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(zhì)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(jié)果保留3位有效數(shù)字)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(zhuǎn)化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重
12、核發(fā)生裂變反應,釋放出大量的核能。(1)核反應方程Un BaKraX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種,則的值為多少,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(zhì)量,用mn和mp表示中子和質(zhì)子的質(zhì)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P1106kW,核能轉(zhuǎn)化為電能的效率40%,設(shè)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E12.7810-11J,鈾核的質(zhì)量mU3.910-25kg,求每年(365天)需要消耗的鈾的質(zhì)量。答案:1D 2C 3D 4AC 5中子(10n) 17.6Mev6(1)3 中子(10n) (2)1.1103kg