2020學(xué)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

五、六 核裂變 核聚變 教學(xué)目標(biāo)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?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件；了解核電站工作原理4了解可控核聚變反應(yīng)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(xué)生而既熟悉又陌生，平時都聽說過原子彈、核電站，特別是當(dāng)今的世界因“核”而引發(fā)的各國之間口水戰(zhàn)，學(xué)生或多或少都了解一些，這部分內(nèi)容學(xué)生一定很感興趣，所以，講授時我們可以以問題的形式讓學(xué)生觀看PPT，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(xué)資源 多媒體課件教學(xué)設(shè)計【課堂引入】問題：在上一節(jié)中，我們學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)】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(yīng)，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(yīng)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）兩邊的中子不能約去學(xué)習(xí)活動一：在核裂變Un BaKr310n反應(yīng)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=m×931.5Mev=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(dāng)于燃燒多少煤所釋放的化學(xué)能（無煙煤的燃燒3.35×107J/kg）？解：E=1×6.02×1023×200.55×1.6×10-13/235=8.22×1012Jm=8.22×1012/3.35×107=2.45×103kg由此可見核能是十分巨大的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)學(xué)習(xí)活動二：觀看PPT，掌握有關(guān)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的知識鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：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(yīng)就會持續(xù)進(jìn)行，就形成了裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（原子彈就是利用重核的裂變）問題2：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積。核電站學(xué)習(xí)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(yīng)堆：在人為控制下安全進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒核反應(yīng)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(yīng)速度混凝土防護(hù)層學(xué)習(xí)活動四：核能給我們帶來好處，同時也給我們帶來風(fēng)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(yīng)（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(dá)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(yīng)繼續(xù)）問題4：核聚變?yōu)楹斡址Q“熱核反應(yīng)”？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(yīng)研究進(jìn)展（課本P58）聚變反應(yīng)堆：可控?zé)岷朔磻?yīng)（托卡馬克受控?zé)岷朔磻?yīng)）聚變反應(yīng)具有普遍性，它在宇宙中時刻進(jìn)行著，太陽內(nèi)部就是一個巨大的熱核反應(yīng)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(xué)習(xí)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(yīng)方程。（2）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能.(已知1u相當(dāng)于931.5MeV能量)解：（1）21H21H 32He10n （2）E=3.26Mev【板書設(shè)計】一、重核裂變核裂變：重核分裂成幾個中等質(zhì)量原子核并釋放出核能的反應(yīng)（原子彈）鈾核的裂變：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及條件核電站核電站的核心部位核反應(yīng)堆：在人為控制下安全進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核燃料：用濃縮鈾制成的鈾棒核反應(yīng)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(yīng)速度混凝土防護(hù)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(yīng)（氫彈）熱核反應(yīng)11H+10n 21H+Q 21H+21H 42H+Q可控核聚變反應(yīng)研究進(jìn)展聚變反應(yīng)堆：可控?zé)岷朔磻?yīng)（托卡馬克受控?zé)岷朔磻?yīng)）太陽內(nèi)部就是一個巨大的熱核反應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)方程式中,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(yīng)方程說法中正確的有( ) 能量 A是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程B是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(xué)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(yīng)，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(dāng)于931.MeV的能量寫出該熱核反應(yīng)方程？一次這樣的熱核反應(yīng)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(yīng)方稗,分別是：411H42He+201e, 22688Ra22286Rn+42He,23592U+10n9034Se+13658Sr+1010n，它們的核反應(yīng)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(yīng)式中,x代表粒子的反應(yīng)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(xué)反應(yīng)B放射性衰變C裂變反應(yīng)D熱核反應(yīng)4（2020廣東卷）下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有（ ）A是核聚變反應(yīng)B是衰變C是核裂變反應(yīng)D是衰變5(2020全國新課標(biāo))（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(yīng)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(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是_，該反應(yīng)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(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢。在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量的核能。（1）核反應(yīng)方程Un BaKraX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，則的值為多少，X表示哪一種核？（2）上述反應(yīng)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(yīng)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P1×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率40%，設(shè)反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是（1）中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能E12.78×10-11J，鈾核的質(zhì)量mU3.9×10-25kg，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）1.1×103kg