初中第2节 核能教学设计及反思

这是一份初中第2节 核能教学设计及反思，共13页。教案主要包含了播放图片并提问，播放视频等内容，欢迎下载使用。

年级
九年级
授课时间
课题
22.2 核能
教学
目标
1. 了解原子、原子核的结构。
2. 知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。
3. 了解核裂变、核聚变。
教材
分析
本节内容由“核能”“裂变”和“聚变”三部分构成。本节重点是核能的由来及其优点和可能带来的问题，难点是裂变和聚变。学生对裂变、聚变、链式反应等概念比较陌生，教学中应以讲授为主，但不宜过深，建议教师通过挂图展示和类比火柴燃烧实验让学生了解核裂变的原理，再通过挂图和氢弹爆炸等视频了解核聚变的知识。最后，组织学生阅读“STS核电站和核废料处理”。
本节内容比较多，课堂时间有限，要想充分发挥学生探究问题的自主性、体现学生学习的主体性，更好地激发学生的探究欲望和学习兴趣，培养发散性、创造性思维，把握好 各个环节的时间很重要。
教学
器材
多媒体ppt，包含视频《核裂变和链式反应》、《核电站的原理》等。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
【播放图片并提问】
（1）20世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，把核能转化为电能，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。
想一想：核电站可以把核能转化为电能，核能是怎样来的呢？
（2）二战后期，美国在广岛和长崎甩下两枚原子弹，让数十万日本民众死亡，几百万人无家可归。原子弹摧枯拉朽的破坏力，将众多建筑物夷为平地，城市变成一片废墟；在这场灾难中，只有少部分人幸存下来，大部分要么被冲击波杀害，要么被核辐射杀害，对身体的影响超乎想象。
想一想：原子弹为什么会突然放出那么大的能量？
（3）1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸成功。1967年6月17日上午8时20分，在我国西部地区新疆罗布泊上空，我国第一颗氢弹爆炸试验成功。你知道氢弹和原子弹的原理相同吗？
今天我们一起了解有关知识——《22.2核能》。
观看图片，思考问题，进入课题。
学习新课 一、核能
【提问】我们知道，分子是由原子组成的，那么，原子是由什么组成的呢？ 让我们看看物理学家研究的历史与结论吧！
1. 原子模型的建立过程
（1）电子的发现
十九世纪末（1897年），英国物理学家汤姆生在对阴极射线的研究中发现了带负电的电子，并得出电子是所有物质中原子的组成部分。
由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此物理学家推断出原子中还有带正电的物质。
（2）原子核的发现——α粒子散射实验
英国物理学家卢瑟福在1898年发现了α射线。他用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔时，发现大多数粒子散射角度很小，但有少数α粒子偏角很大。通过对电荷，质量和偏转角度等的运算，1911年提出了原子结构的行星模型。即原子是由原子核和核外电子组成的。
原子的组成
（3）原子的“电子云模型”
1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出“电子云模型”。该模型中， 电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运行没有固定的规律，电子分层排布，接近现代人类对原子结构的认识。
【提问】原子核还能再分吗？随着历史的发展，人们对原子内部结构的研究逐步深入。
2. 原子核
（1）质子的发现
1919年，卢瑟福用速度是20000km/s的α粒子去轰击氮元素的原子核时，发现在原子核中还存在一种带正电的质量比电子大很多的微粒—质子。
（2）中子的发现
中子的概念是由英国物理学家卢瑟福提出，中子的存在是1932年英国物理学家詹姆斯·查德威克用镭的α射线轰击铍原子时的实验中证实的。
物理学家在实验中又进一步发现中子的质量与质子相同、但是不带电。
（3）原子核的组成
原子核，简称“核”，位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。原子核带正电（即质子所带的正电），中子不带电。
3. 原子的组成及带电情况

原子核极小，它的直径在10-16m～10-14m之间，体积只占原于体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.95％以上原子的质量。
4. 核能
（1）核能：质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。
（2）释放核能的方式：核裂变和核聚变。
【例题1】物质是由分子或原子组成的，______的发现，说明原子是可以再分的；原子是由原子核和核外_____组成的，原子核由质子和______组成。如图所示，是不同科学家提出的原子模型，其中_____（选填“A”或“B”）
是卢瑟福提出的原子核式结构模型。
【答案】电子；电子；中子；B。
【解析】物质是由分子或原子组成的，电子的发现，说明原子是可以再分的。原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的，原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。卢瑟福提出的原子核式结构模型为B。
观看ppt，听老师讲解，逐步了解原子模型的建立过程，知道原子的结构。

观看ppt，知道原子核的结构情况。
根据以上学习，与老师共同总结出原子的组成及带电情况
知道核能的概念。
做例题1，了解原子的结构。
学习新课 二、裂变
1. 裂变
（1）裂变：1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出2至3个中子。
（2）裂变的能量巨大：1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t 煤完全燃烧时释放的能量。
（3）发生裂变的条件：发生裂变的条件是用中子轰击铀核。
【提问】当外界中子停止轰击铀核时，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？
2. 链式反应
（1）模拟链式反应：将火柴搭成下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？
第一根火柴烧完后，会点燃中间的2根火柴， 这2根火柴燃烧完后，又会引起右面4根火柴的燃烧，如果按照这个结构继续下去，被点燃的火柴会越来越多……
（2）链式反应
当中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放大量核能的同时产生出几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。
【播放视频】——《核裂变和链式反应》
3. 裂变的应用
（1）核电站
核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是核反应堆。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
①核反应堆：核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。
②核电站的工作原理及能量转化
核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。
【播放视频】——《核电站的原理》
③介绍我国的一些核电站
下图是我国自主设计、制造的具有世界先进水平的核电站。其中“华龙一号”核电站是由中国核工业集团公司和中国广核集团在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及中国和全球最新安全要求，研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术，具有完全自主知识产权的三代压水堆核电创新成果，是中国核电机组发展的主力堆型，是中国核电走向世界的“国家名片”，是中国核电创新发展的重大标志性成果。
（2）原子弹
链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。根据这一原理，在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。
【播放视频】——《原子弹》
【例题2】如上图中我国的大亚湾核电站，是利用核能来大规模生产电能的发电站。关于核能和核电站，下列相关说法中正确的是（ C ）
A．核能是常规能源
B．核能不会对人类造成危害
C．核电站是利用裂变的链式反应发电的
D．核电站发电时，把核能直接转化为电能
【解析】A．核能是新能源，故A错误；
B．核裂变材料有很强的放射性，使用不当会对人类造成危害，B错误；
C．核电站是利用裂变的链式反应发电的，故C正确；
D．核电站发电过程中的能量转化为核能转化为内能，内能转化为机械能，机械能转化为电能，故D错误。所以选C。
观看ppt，听讲解，知道裂变。

知道链式反应的概念。
观看视频，进一步了解核裂变和链式反应。
知道核电站的工作原理及能量转化情况。

观看视频，了解核电站的原理。
了解原子弹爆炸的原理。
做例题2，了解核能与核电站。
学习新课 三、聚变
1. 聚变
（1）如果将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。
2. 氢弹
氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。
3. 海水中的核能
如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
1升海水所含氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几十亿年。
4. 裂变与聚变的比较
裂 变
聚 变
定义
质量较大的原子核分裂成较小原子核的过程
质量很小的原子核结合成较大原子核的过程
条件
用一定速度的中子
轰击较大原子核
超高温
释放核能大小
巨大
更加巨大
是否可以控制
可控制链式反应速度
目前不能人为控制
应用
核电站、原子弹
氢弹

【例题3】原子核分裂或聚合，可以释放出巨大的能量，这种能量叫作________。用中子轰击比较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这是原子核的________。两个质量很小的原子核，在一定条件下结合成一个新的原子核，会释放出更大的核能，这就是原子核的_______，氢弹就是利用这种变化制成的.
【答案】核能，裂变，聚变。
【解析】原子核分裂或聚合时释放的能量叫作核能，原子核分裂叫作裂变，原子核聚合叫作聚变.
5. 核电站和核废料处理
核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生放射线。如果放射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。
（1）核泄漏的危害
核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制订了严格的安全措施和安全标准。
切尔诺贝利核电站事故于1986年4月26日发生在乌克兰境内的普里皮亚季市，核反应堆全部炸毁，大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。
（2）科学家们制定了严格的安全措施和安全标准
以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泄。
第一道屏障是锆-4合金包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。
第二道屏障是壁厚为175mm钢板制成的反应堆压力容器及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包容在里面，防止有放射性的冷却剂外泄。
第三道屏障是反应堆安全壳，它是高72.5m、外径38m、厚1米的钢筋混凝土制成的圆柱形建筑，内衬6mm的钢板。安全壳也能抵御外部破坏。
（3）核废料的处理
核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带。
观看ppt，了解聚变。
了解聚变的应用——氢弹。
知道海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。
能够区分裂变与聚变。
做例题3，了解核能、裂变及聚变的概念。
阅读课本第172～173页《科学·技术·社会—核电站和核废料处理》，了解
核泄漏的危害和核废料处理。

课
堂
练
习
课
堂
练
习
1．下列关于核能的说法正确的是（ ）
A. 物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B. 到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变
C. 原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的
D. 自然界只有在人为的条件下才能发生聚变
【答案】B。
【详解】核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源。虽然各种物质都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量，只有当原子核发生裂变或聚变时才伴随巨大的能量释放。原子弹是利用裂变的链式反应能在极短的时间内释放出巨大能量的原理制成的，而氢弹则是利用氢核的聚变制成的。
自然界除人为的聚变外，太阳和许多恒星内部都在不停地进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来。故B对。
所以选B.
2．关于核电站，下列说法正确的是（ ）
A. 核电站所使用的核燃料是煤和石油
B. 核电站核反应堆中发生的是可以控制的核裂变
C. 核电站发电的能量转化过程：核能→内能→电能→机械能
D. 核电站产生的核废料可以作为生活垃圾来处理
【答案】B。
【详解】A. 核电站使用的核燃料是浓缩铀而不是煤和石油，A错；
B. 核反应堆是核电站的核心设备，它是根据原子核裂变反应的特点设计制造的，能控制核裂变的速度，是使核能比较平稳地释放出来的装置，B对；
C. 核电站的工作过程大致为:反应堆中铀核裂变的核能转化为内能传递给水，产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机转动，把内能转化为机械能，再由汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能。故能量转化过程:核能→内能→机械能→电能，C错；
D. 核电站产生的核废料具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方，不可以作为生活垃圾来处理，D错。
所以选B。
3．如图是我国目前能源使用比例图．其中核能是我国正在大力开发和利用的一种有前途的能源，下列说法正确的是（ ）
A．核电站利用核能发电，将核能转化为电能
B．现在的核电站是利用聚变反应来产生电能
C．核能是我国目前消耗的主要能源
D．核电站产生的核废料对环境不会造成污染
【答案】A。
【详解】核电站主要是利用核裂变进行发电的，是将核能转化为电能的过程，A正确，B错误；化石能源是我国当今主要的能源，C错误；核电站产生的核废料会对环境造成污染，D错误．
所以选A.
4．2011年3月11日，日本东北部海域发生的海底大地震导致福岛第一核电站二号机组受损，引发了较为严重的核泄漏，核电安全再次成为各国高度关注的问题。关于核能开发的说法中，你认为正确的是（ ）
A. 停止开发核能，因为开发核能会带来可怕的核泄漏，弊远大于利
B. 核能是一种稳定、高效、清洁的可再生能源，是其他新能源不可能替代的
C. 福岛第一核电站开发核能是利用可控核裂变过程中释放的核能
D. 核能开发是绝对安全的，即使有核泄漏也是清洁、无污染的
【答案】C。
【详解】A．核泄漏造成的核辐射会使周边环境严重污染，但合理开发核能能解决人类能源危机，故A错误；
B．核能是一种相对较为清洁的能源，是不可再生能源，故B错误；
C．核电站是利用原子核裂变发生链式反应时释放的大量能量来发电的，是可控制的，故C正确；
D．核能开发不是绝对安全的，核辐射污染、核废料污染是极为严重的，D错误。
所以选C。
5．2021年1月30日，全球第一台“华龙一号"核电机组——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。下列说法正确的是（ ）
A．核燃料发电后产生的废弃物可以按照一般垃圾处理
B．核电站中的能量转化是将核能最终转化为电能
C．核电站是利用核聚变释放能量来发电
D．通过改进科学技术，可以让核电站的能源转化的效率达100%
【答案】B。
【详解】A．核燃料发电产生的废弃物具有放射性，不可按照一般垃圾处理，A错误；
B．核电站中的能量转化是将核能释放出来，最终转化为电能，故B正确；
C．核电站是利用核裂变释放能量来发电，故C错误；
D．通过改进科学技术，可提高能量的利用率，但效率不可能达100%，D错误。
所以选B。
6. 图是核能发电原理图，下列说法正确的是（ ）
A．核能是可再生能源 B．核反应堆将核能转化为电能
C．汽轮机将内能转化为机械能 D．发电机将电能转化为机械能
【答案】C.
【详解】A. 核能不是可再生能源，A错误；
B. 核反应堆将核能转化为内能，B错误；
C. 汽轮机将内能转化为机械能，C正确；
D. 发电机将机械能转化为电能D错误．
所以选C。
7． 如图所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，创造世界新纪录，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，它们可以被磁场约束。“东方超环”的反应原理与太阳类似，通过______ （填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能，原子核能又转化为______，从而获得上亿度的高温。
【答案】聚变，内能。
【解析】东方超环的反应原理与太阳类似，通过核聚变释放巨大的核能，此过程中能量转化是核能转化为内能。
8．2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图甲所示．
（1）核电站是利用______能来发电的，其能量是原子核发生了核_______（选填“裂变”或“聚变”）；
（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染当中．图乙中是核辐射标志的是_______；
（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，这是用________的方法来改变内能的；
【答案】（1）核，裂变；（2）C；（3）热传递。
【解析】（1）核电站是利用核能来发电的，把核能转化为电能；由于核裂变是可控的，核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的．
（2）图中表示核辐射标志的是C.
（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，故让冷水从反应堆上吸取热量，所以是通过热传递改变内能的．
板
书
设
计
第2节 核能
一、原子结构
原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子组成.
二、核能
质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就可能释放出惊人的能量，这种能量被称为核能.
三、裂变
（1）裂变：质量较大的原子变成两个质量中等大小的原子核的过程.
（2）链式反应：使很多个铀核在极短的时间内相继裂变，叫链式反应.
（3）应用：核电站（可控制）、原子弹（不可控制）.
四、聚变
（1）质量较小的原子核在超高温下结合成新的原子核的过程，释放出更加巨大的能量。
（2）应用：氢弹。
五、核电站
（1）核反应堆：控制核裂变反应的中子数量，使链式反应连续、缓慢地进行，核能得以平稳释放.
（2）防护措施：防止核泄漏；处理核废料.
（3）能量转化：核能→内能→机械能→电能
课
堂
小结
第2节 核能
作业