粤教版2019 高中物理 选修三 5.5 裂变和聚变 教学设计

《裂变和聚变》教学设计

教学目标：

1. 知道重核裂变和轻核聚变，发展物质观念和能量观念；
2. 了解链式反应，体会用物理模型分析问题的过程，提高科学思维能力；
3. 了解可控热核聚变反应；
4. 了解核技术应用对人类生活和社会发展的影响，思考科学技术和社会的关系。

教学重点：

1、重核裂变的核反应方程式的书写；

2、核聚变的特点和条件。

教学难点：

重核裂变的特点

教学方法：

阅读，讨论与交流、练习、讲授。

课时安排：1课时

问题引入：

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？

新课教学：

一、核裂变与链式反应

1、核裂变：比铁原子核重的一个重核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，这种核反应叫作核裂变。

2、核聚变：比铁原子核轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，也会释放能量，这种核反应叫作核聚变。

【讨论与交流】比结合能小的重核裂变为两个较轻的原子核，为什么质量会亏损而释放能量？

3、铀核裂变：；

；

。

【思考问题】（1）从铀核裂变的核反应方程式中，你发现核裂变有什么特点？

（2）核裂变会产生更多的中子，会导致怎样的结果？

4、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，叫做核裂变的链式反应。

5、临界体积：能够发生链式反应的铀块最小体积叫作它的临界体积。

二、核聚变与受控热核反应

情境：一个氘核与一个氚核结合生成一个氦核，同时放出一个中子。

【思考问题】（1）请写出该反应的核反应方程。

（2）已知氘核的质量：mD=2.014102u，氚核的质量：mT=3.016050u，氦核的质量：mα=4.002603u，中子的质量：mn=1.008665u，请求出该反应所释放的核能。(1u=931.5MeV)

【思考问题】要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到 10-15 m 以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？

与核裂变相比，核聚变有很多优点。第一，轻核聚变产能效率高，也就是说，相同质量

的核燃料，反应中产生的能量比较多。第二，地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富。第三，轻核聚变更为安全、清洁。

三、核能利用

【讨论与交流】核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？

1、核燃料：

2、控制棒：

3、减速剂：

4、冷却剂：

5、水泥防护层：

【思考问题】核能发电有哪些优点和缺点？

练习1：在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。

（1）设碰撞前中子的动能是，经过一次 碰撞，中子失去的动能是多少？

（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6 ？

练习2：钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为 0.097 MeV的γ光 子。 已知的质量为239.052 1 u、的质量为235.043 9 u和α粒子的质量为4.002 6 u，且l u相当于931.5 MeV的能量。

（1）写出衰变方程。

（2）已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。

课堂小结：

1、知道重核裂变，书写重核裂变核反应方程式；

2、知道聚变反应的特点。

课后作业：

1、课后练习第3题

2、完成练习册