选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变教学设计及反思

5.4核裂变与核聚变

【教材分析】

前面已经学习了关于原子核方面的知识，已经有了一定的基础。本节内容由核裂变、核聚变以及核能的利用三部分组成。利用核能除了裂变，还可以利用聚变与热核反应，认识核能的和平利用能为人类造福。在核裂变的三分裂和四分裂以及原子弹和氢弹的研制方面，可以介绍我国在这方面的成就，对学进行爱国主义教育。

【教学目标】

1.知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量。

2.能够分清楚裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的。

3.通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理学常用的方法一—推理法。

4.通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情。

【教学重难点】

教学重点：核裂变、核聚变。

教学难点：核裂变。

【教学课时安排】

1课时

【上课时间】

  2022年6月13号

【教学方法】

讲授法  讨论法

【教学过程】

一、新课引入

较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢?

20世纪30年代，物理学家的一个重大发现改变了人类历史。原子核在"分裂或聚合"时，会释放出惊人的能量。

二、新课教学

（一）核裂变的发现

  1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。

奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。

1.裂变的概念

重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程，叫做核裂变。

裂变的生成物是多种多样。比如会裂变为钡和氪，同时放出一些中子。在这个过程中原子的质量数以及核电荷数是守恒的。

2.链式反应

以中子轰击铀235核的反应为例，过程中会再释放出三个中子。

问题：如果这三个中子再意外撞击了其它铀核，是不是又会引发新的核裂变？

这些中子能与其他铀核继续反应，而且反应中新产生的中子还能继续撞击其他铀核，让反应不断的持续下去。显然这样会产生越来越多的中子，裂变反应了的整体强度不断增大。即

把这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，称为核裂变的链式反应。

我国科学家钱三强夫妇与1947年就测定了概率分时是和。

播放视频：模拟链式反应。

思考：随便一个中子撞击，铀核都会产生核反应吗？

链式反应的维持需要有一定的条件，那就是每一次裂变产生的中子，至少平均有一个能引发新的裂变，否则整个反应就会越来越弱，直到无法进行。

3.链式反应的条件

①保证铀235的纯度

 ②铀块的大小

 通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为临界体积，把相应的质量称为临界质量。

链式反应需要铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。

4.核裂变的标准煤

铀核裂变时如果生成物不同，释放的能量也有差异。一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部发生核裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能。

拓展学习：原子弹

视频播放我国第一颗原子弹爆炸。

（二）反应堆与核电站

1.核反应堆

①铀棒：浓缩铀作为燃料棒，铀棒越多，反应的速率就越快。

②镉棒：吸收中子，控制反应速率

③慢化剂：使中子变为慢中子，易吸收（石墨，重水和轻水）

④水泥防护层：防止辐射

问题：核反应堆怎么用它发电？

2.核电站（图片展示）

（三）核聚变

1.核聚变的概念

对比的裂变可以看作是一个重核裂变成两个质量中等的原子核，同时放出能量。

相反的，如果是

两个轻核结合成一个质量较大的核，这种核反应咱称为核聚变。

举个例子，一个氘核与一个氚核聚变，会生成一个氦核与一个中子。这个过程也会释放能量。

问题：两种核反应谁放出的能量多呢？

核聚变平均每个核子放出了。而裂变的只有0，所以是核聚变释放的能量更多。即

①轻核聚变产能效率高

②燃料氘和氚储量丰富

 ③无废料，更安全、清洁

核聚变是一种解决能源问题的理想途径。

问题：既然优点这么多，为什么很少听说核聚变在生活中的应用呢？

2.核聚变的条件

需要的动能大

 办法：加热到几百万卡尔文

温度越高分子的平均动能越大，只有加热到几百万摄氏度，才能让他们有足够的动能发生聚变，因此核聚变的反应又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再要外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。

3.核聚变的例子

①太阳的能量来自热核反应（视频播放）

②用于制造氢弹（视频播放我国第一颗氢弹爆炸）

4.可控核聚变的方案

无论是氢弹还是太阳内的热核反应，都是不可控呢。因为他们的温度太高了，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。这构成了实现可控核聚变的主要困难。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。

三、课堂练习

例1：下列说法中正确的是（   ）

1. 原子弹是利用核聚变反应
2. 氢弹是利用核裂变反应
3. 铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
4. 为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235

 例2：利用重核裂变释放核能时选用铀 235，主要因为（   ）

1. 它比较容易发生链式反应
2. 能自动裂变，与体积无关
3. 铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
4. 铀 235 价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多

例3：镉棒在核反应堆中所起的作用是（     ）

1. 使快中子变成慢中子
2. 使慢中子变成快中子
3. 使反应速度加快
4. 控制反应速度，调节反应速度的快慢

 例4：太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地（    ）

1. 衰变反应  B.人工核反应   C.裂变反应   D.热核反应   

四、课堂小结

一、核裂变的发现

1. 裂变；重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程
2.    链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
3.    链式反应的条件：铀的纯度和铀块大小

二、反应堆与核电站

三、核聚变

1.核聚变：两个轻核结合成一个质量较大的核

2.核聚变的条件：加热到几百万卡尔文（热核反应）

3.核聚变的例子：太阳、氢弹

五、作业布置

练习与应用：第5和第6题

【教学反思】

通过本堂课的学习，主要让学生知道核裂变与核聚变的概念，了解核能在当今社会生产生活中的应用。另外本节内容比较抽象，教师注意引导，采取形象化的比喻来给学生总结、归纳，加强对知识的理解。另外播放我国在原子弹和氢弹的研制上的记录视频，提升学生的爱国情怀和民族自信心。