2019-2020年高中物理 《裂變及其應(yīng)用》教案 滬科版選修3-5.doc
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2019-2020年高中物理 裂變及其應(yīng)用教案 滬科版選修3-5【教學(xué)目的】 1. 介紹重核裂變、輕核聚變和它們的應(yīng)用2. 了解發(fā)生聚變反應(yīng)的條件及聚變反應(yīng)的特點(diǎn)。3. 了解可控?zé)岷朔磻?yīng)研究的進(jìn)展情況。4. 通過學(xué)習(xí),使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性,更加熱愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)。【教學(xué)重點(diǎn)】發(fā)生聚變的條件及聚變反應(yīng)的特點(diǎn)。【教具準(zhǔn)備】教師:有關(guān)氫彈構(gòu)造及其情況的影象資料、查找有關(guān)可控?zé)岷朔磻?yīng)的最新動(dòng)態(tài)。學(xué)生:上網(wǎng)或去圖書館查找有關(guān)熱核反應(yīng)的資料。教具:實(shí)物投影儀,多媒體課件?!窘虒W(xué)過程】、復(fù)習(xí)&引入能源是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的動(dòng)力保障,需求正在急劇增加。煤、石油等化石能源的不可再生,使資源日益枯竭,而且給地球帶來了巨大的污染,這些因素促使人們更加重視尋找潔凈的、可持續(xù)發(fā)展的新能源。近年來,核能作為一種新能源倍受人們關(guān)注,重核裂變和輕核聚變是獲得核能的兩個(gè)重要途徑。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)輕核的聚變。二、新課教學(xué)一、重核裂變1 什么叫裂變?2 重核在什么情況下才能發(fā)生裂變呢?1938年人們用中子轟擊鈾核量發(fā)現(xiàn)鈾核裂變的現(xiàn)象以后,這問題才逐漸被了解清楚,從而使控制和利用原子能成為可能。3 見圖15-7鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖4 臨界體積(臨界質(zhì)量)5 原子彈6 原子反應(yīng)堆(圖15-11)二、輕核的聚變學(xué)生閱讀課本第一、二段,分組討論,歸納總結(jié),回答問題。問題:1.是否任意核聚變?cè)谝黄鸲坚尫懦瞿芰??為什么?.什么叫輕核的聚變?3.發(fā)生輕核聚變的條件是什么?結(jié)合裂變知識(shí),引導(dǎo)學(xué)生回答問題1:不是任意核聚變?cè)谝黄鸲寄茚尫拍芰?。由愛因斯坦質(zhì)能方程可知,只有在反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損,即生成物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量時(shí),才能放出能量?!景鍟?.什么叫輕核的聚變?把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,釋放出核能的反應(yīng)叫做輕核的聚變,簡(jiǎn)稱聚變。教師補(bǔ)充,常見的聚變反應(yīng)有H+HH+H+ 4 MeVH+HHe+n+ 17.6 MeV【板書】2.發(fā)生聚變的條件要使輕核發(fā)生聚變,必須使它們核子間的距離接近到10-15m,由于原子核都是帶正電的,要使他們接近到這種程度,必須克服巨大的庫侖斥力,這就要求原子核有很大的動(dòng)能。怎樣才能使輕核獲得足夠大的動(dòng)能來產(chǎn)生聚變呢?方法之一就是將物質(zhì)加熱。溫度越高,分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。當(dāng)物質(zhì)達(dá)到幾百萬攝氏度以上的高溫時(shí),劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核具有足夠的動(dòng)能,可以克服原子核間的庫侖斥力,在碰撞時(shí)發(fā)生聚變。因此,聚變反應(yīng)有叫熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)一旦發(fā)生,就不再需要外界給它能量,靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。根據(jù)你收集的資料,還能通過什么方法實(shí)現(xiàn)核聚變?日英開發(fā)出激光核聚變新方法,有關(guān)論文發(fā)表在近日出版的英國自然雜志上。有人提出利用電解重水的方法實(shí)現(xiàn)低溫核聚變,但是未經(jīng)證實(shí)。學(xué)生閱讀課本,總結(jié)聚變反應(yīng)的特點(diǎn)?!景鍟?.聚變反應(yīng)的特點(diǎn) 和裂變相比,聚變反應(yīng)釋放的能量更多例如,一個(gè)氘核和一個(gè)氘核發(fā)生聚變,其核反應(yīng)方程是H+HHe+n教師給出數(shù)據(jù),讓學(xué)生計(jì)算該反應(yīng)釋放的能量。氘核的質(zhì)量:mD=2.014 102u氚核的質(zhì)量:mT=3.016 050u氦核的質(zhì)量:m=4.002 603u中子的質(zhì)量:mn=1.008 665u1u=1.660 610-27kg,e=1.602 210-19C根據(jù)質(zhì)能方程,釋放出的能量E=mc2 =(mD + mT - m- mn)c2 =eV=17.6 MeV平均每個(gè)核子放出的能量約為3.3 MeV,而鈾核裂變時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量約為1 MeV?!景鍟?聚變材料豐富1L海水中大約有0.03g氘,如果發(fā)生聚變,放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油。常見的聚變反應(yīng)H+HH+H+ 4 MeVH+HHe+n+ 17.6 MeV在這兩個(gè)反應(yīng)中,前一反應(yīng)的材料是氘,后一反應(yīng)的材料是氘和氚,而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物。所以氘是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)反應(yīng)的原始材料,而氘是重水的組成成分,在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。【板書】 安全、無污染聚變產(chǎn)物基本上是穩(wěn)定的氦核,沒有放射性,不污染周圍環(huán)境。而常規(guī)裂變反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生壽命長放射性較強(qiáng)的核廢料,容易引起環(huán)境污染。師述:可見,輕核的聚變是一種理想的解決能源的途徑。通過閱讀課本和大家查找的資料了解目前對(duì)聚變能的應(yīng)用情況?!景鍟慷?、可控?zé)岷朔磻?yīng)1. 聚變能的應(yīng)用 太陽能。熱核反應(yīng)在宇宙中是很普通的。太陽和許多恒星內(nèi)部,溫度高達(dá)107K以上,就滿足熱核反應(yīng)的條件。太陽內(nèi)部的氫核在極高溫下聚變成氦核,每秒釋放的能量達(dá)3.81026J。地球只接收了其中的二十億分之一左右。對(duì)太陽能的應(yīng)用主要是:地球上萬物生長離不開太陽的光和熱;太陽能熱水器、太陽能電池等等。師述:查閱資料,更多、更詳細(xì)地了解太陽能的應(yīng)用?!景鍟?氫彈。氫彈是利用熱核反應(yīng)制造的一種大規(guī)模殺傷武器,在其中進(jìn)行的是不可控?zé)岷朔磻?yīng)。師述:氫彈比原子彈復(fù)雜一些,它需要用原子炸藥來引爆。以獲得熱核反應(yīng)所需的高溫,而這些原子炸藥又要用普通炸藥點(diǎn)燃?!句浵瘛繗鋸椀臉?gòu)造簡(jiǎn)介及其爆炸情況。但要使聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量用于和平目的,則需實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)。【板書】2.可控?zé)岷朔磻?yīng)世界上許多國家都在積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù)。我國在這方面已經(jīng)具有一定的實(shí)力,取得一定的成果。最近,位于合肥西郊的中國科學(xué)院等離體物理研究日前傳出喜訊:基于超導(dǎo)托卡馬克裝置HT7的可控?zé)岷司圩冄芯吭佾@突破,運(yùn)行參數(shù)居世界前兩位。據(jù)介紹,本輪實(shí)驗(yàn)有來自美、日等14個(gè)研究機(jī)構(gòu)的18位外籍專家參與,HT7裝置成為名副其實(shí)的國際可控?zé)岷司圩冄芯看笪枧_(tái)。據(jù)專家估計(jì),可控?zé)岷司圩兛赡茉诒臼兰o(jì)40年代投入商業(yè)運(yùn)營,人類從此將擁有用之不竭的潔凈能源。在這個(gè)中外科學(xué)家百年共同努力的造福人類的“千年工程”上,人們將會(huì)看到中國人月HT7搭建的里程碑。相關(guān)內(nèi)容可上網(wǎng)上查詢。三、小結(jié)四、作業(yè)1.查閱資料,進(jìn)一步了解人類對(duì)聚變能利用的研究及取得的成果。2.練習(xí)四第題。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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