高中物理 《裂变及其应用》教案 沪科版选修3-5

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1、裂变7轻核的聚变【教学目的】1.介绍重核裂变、轻核聚变和它们的应用2.了解发生聚变反应的条件及聚变反应的特点。3.了解可控热核反应研究的进展情况。4.通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。【教学重点】发生聚变的条件及聚变反应的特点。【教具准备】教师：有关氢弹构造及其情况的影象资料、查找有关可控热核反应的最新动态。学生：上网或去图书馆查找有关热核反应的资料。教具：实物投影仪，多媒体课件。【教学过程】○、复习&引入能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急

2、剧增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。这节课我们学习轻核的聚变。二、新课教学一、重核裂变1．什么叫裂变？2．重核在什么情况下才能发生裂变呢？1938年人们用中子轰击铀核量发现铀核裂变的现象以后，这问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可能。3．见图15-7链式反应的示意图4．临界体积（临界质量）5．原子弹6．

3、原子反应堆（图15-11）二、轻核的聚变学生阅读课本第一、二段，分组讨论，归纳总结，回答问题。问题：1.是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？2.什么叫轻核的聚变？3.发生轻核聚变的条件是什么？结合裂变知识，引导学生回答问题1：不是任意核聚变在一起都能释放能量。由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量。【板书】1.什么叫轻核的聚变？把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变。教师补充，常见的聚变反应有H+H→H+

4、H+4MeVH+H→He+n+17.6MeV【板书】2.发生聚变的条件要使轻核发生聚变，必须使它们核子间的距离接近到10-15m，由于原子核都是带正电的，要使他们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子核有很大的动能。怎样才能使轻核获得足够大的动能来产生聚变呢？方法之一就是将物质加热。温度越高，分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大。当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服原子核间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变。因此，聚变反应有叫热核反

5、应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？日英开发出激光核聚变新方法，有关论文发表在近日出版的英国《自然》杂志上。有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变，但是未经证实。学生阅读课本，总结聚变反应的特点。【板书】3.聚变反应的特点⑴和裂变相比，聚变反应释放的能量更多例如，一个氘核和一个氘核发生聚变，其核反应方程是H+H→He+n教师给出数据，让学生计算该反应释放的能量。氘核的质量：mD=2.014102u氚核的质量

6、：mT=3.016050u氦核的质量：mα=4.002603u中子的质量：mn=1.008665u1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19C根据质能方程，释放出的能量△E=△m·c2=（mD+mT-mα-mn）c2=eV=17.6MeV平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。【板书】⑵.聚变材料丰富1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。常见的聚变反应H+H→H+H+4MeVH+H→He+n

7、+17.6MeV在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物。所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。【板书】⑶安全、无污染聚变产物基本上是稳定的氦核，没有放射性，不污染周围环境。而常规裂变反应堆会产生寿命长放射性较强的核废料，容易引起环境污染。师述：可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源的途径。通过阅读课本和大家查找的资料了解目前对聚变能的应用情况。【板书】二、可控热核反应1.聚变能的应用⑴太阳能。热核

8、反应在宇宙中是很普通的。太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，就满足热核反应的条件。太阳内部的氢核在极高温下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J。地球只接收了其中的二十亿分之一左右。对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等。师述：查阅资料，更多、更详细地了解太阳能的应用。【板书】⑵氢弹。氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应。师述：氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆。