7　核聚变教学实录及点评

课

题：

原子核 课型 复习课

教学目标

知识与技能；

1、使学生对本章知识有全面、系统的了解。

2、使学生理解放射性现象，知道三种放射线的特点。

3、使学生理解核反应规律及四种核反应的特征。

4、使学生理解核力与核能，并能掌握核能（结合能）的计算方法。

过程与方法; 使学生知道分析、解决原子核相关问题的一般过程及采用的基本方法。

情感、态度、价值观：

1、

2、

学情分析

1、本章分节复习时，学生对知识的掌握不好，有些知识不清晰、不准确，知识掌握得不全面、不系统。

2、对核能的理解不准确及计算易出现问题。

3、相当一些学生对这一部分知识不够重视。

教学重点、难点

教学重点 1、四种核反应及反应规律

2、质能方程及核能的理解和计算

教学难点 核能的理解和计算

教学方法

讲授法（由于教学内容多、时间紧，不宜讨论；采用介绍加讲解的方法讲述。）

教学过程

一、本章知识体系（板书）

1、天然放射性现象

2、四种核反应

3、核力与核能

进一步加深学生对于知识就是力量的认识。

培养学生热爱物理科学及其科学素养，增强科技报国的决心。

整个知识体系核心内容可归结为：（利用多媒体展示）

两方程(核反应方程、质能方程)；

四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；

六子(质子、中子、电子、正电子、粒子、光子)。

四条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)。

高考对本章的考查：以原子的核反应为背景，考查核反应的规律、射线的特点、核反应的质量亏损及核能等问题。

策略方法：熟记三种射线的特点；根据电荷数守恒、质量数守恒书写核反应方程；理解半衰期、质量亏损、核力、核能

、结合能等概念

二．本章知识梳理（利用多媒体展示，教师讲解）

（一）天然放射性现象

1．放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，．．．揭开了人类研究原子核结构的序幕．通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：α射线、β射线、γ射线．

2、三种射线的本质和特性比较

①α射线：是氦核(42He)流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强. ②β射线：是高速的电子流，速度约为光速十分之几，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱. ③γ射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小. [说明] 放射性元素有的原子核放出α射线，有的放出β射线，多余的能量以γ光子的形式射出. 过量的射线对人体组织有破坏作用。

（二）、四种核反应

无论天然放射性元素的衰变，还是原子核的人工转变，都遵循电荷数守恒、质量数守恒（注意：质量并不守恒），动量守恒与能量守恒。

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1、原子核的衰变

（1）衰变：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化

AA44114α衰变：ZX→Z2Y＋2He 21H20n2He

A0110X→ZAβ衰变：Z1Y＋1e．

0n1H1e γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．放出大量能量

（2）半衰期

：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫这种元素的半衰期.

用希腊字母τ表示公式：N余N原(1)i/，m余21m原()t/

2[说明](1)半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的,跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关. (2)半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用. A(3)确定衰变次数的方法：设放射性元素ZX经过n次α衰变m次β衰变后，变成A稳定的新元素ZY；

AA40核反应的方程为：ZX→ZY+n2He +m1e. 2.原子核的人工转变 A 反应方程 ZXxAZYy。

AA式中Z是新生核符号，y是放射出的粒X是靶核的符号，x为入射粒子的符号，ZY子的符号。

原子核的人工转变及其三大发现

41171919年卢瑟福发现质子：141N+2He→8O+1H 14121932年查德威克发现中子：94Be+2He→6C+0n 1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子 - 3 -

271330030130300Al+4) 15P是放射性同位素，1e为正电子．2He →15P+0n 15P→14Si+1e (其中，放射性同位素的应用

具有相同的质子数、不同的中子数的原子核互称为同位素．

（1）利用α射线消除有害静电、γ射线探伤、了解物体的厚度和密度、各种射线均可使DNA发生突变。

（2）为示踪原子。

⑶

进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。

3．重核的裂变（原子弹、核电站的原理）

重核：即为质量数很大的原子核．

90U01n38Sr136Xe1001n裂变方程式例举：2359254

放出大量能量．

铀235裂变时，同时放出中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，释放越来越多的能量，这种反应叫链式反应（原子弹的原理）．核反应堆是人类对核裂变能的利用。

4．轻核的聚变（氢弹的原理）

轻核：指质量数很小的原子核，如氢核

341聚变方程：21H＋1H→2He＋0n 放出大量的能量．

轻核聚变条件：只能发生在超高温(需要几百万度高温)条件下，故轻核聚变也叫做热核反应．(在太阳内部、原子弹的爆炸、激光聚焦才能达到这样的高温) （三）.核力与核能

1．核力：原子核的半径很小，其中的质子之间的库仑力很大，受到这么大的库仑斥力却能是稳定状态，一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起．这种力叫做核力(很强的短程力) ①核力是很强的力

②核力作用范围小只在2．0×10－15 m短距离内起作用

③每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用

2．核能；

（1）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定能量，这种能量叫结合能．

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（2）质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。

可以认为：在核反应中，参加核反应的总质量m和核反应后生成的核总质量m/之差： Δm=m一m/ （3）爱因斯坦质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着．．．．．．．．．．．．．密切的联系，

．．．．．它们的关系是：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是：ΔE=Δmc2。

[说明]质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大了,质量也增大了;能量减小了,质量也减小. （4）核能计算：

应用公式ΔE=Δmc

2时应选用国际单位，即ΔE的单位为J，Δm的单位为kg，C的单位为m/s．

应用公式ΔE=931．5Δm时，ΔE的单位为兆电子伏（MeV），Δm的单位为原子质量单位u．

1u相当于931．5MeV，u为原子质量单位：1u=1．660566×10－27kg ，lMev= l06

ev，leV＝1．6×10－19J 核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．

凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。

三、随堂练习（利用多媒体展示，学生思考后，提问、讲解）

1．(2017•山东省青岛市二模)下列说法正确的是 ( ) A．氢原子核外电子轨道半径越大，其原子能量越小

B．在核反应中，比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核才会释放核能

C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流

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D．氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级辐射出的光恰好能使某种金属发生光电效应，则从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级辐射的光也可使该金属发生光电效应

[解析] 氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时，能量减小，减小的能量以光子的形式释放出来，故氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越高，A错误；在核反应中，由比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能，B正确；β射线是原子核内的中子转化为质子同时放出的电子，C错误；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级辐射出的光子的能量为E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，恰好能使某种金属发生光电效应，从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级辐射的光子的能量E2＝－15.1 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV。故不能使这种金属发生光电效应，D错误。

2．(2017•陕西省宝鸡市一模)放射性同位素钍232 90Th经一系列α、β衰变后生成氡220 86Rn，以下说法正确的是 ( ) A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个

B．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个

C．放射性元素钍232 90Th的原子核比氡220 86Rn原子核的中子数少4个

D．232 90Th衰变成220 86Rn一共经过2次α衰变和3次β衰变

[解析] 经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，故A错误；经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B正确；元素钍232 90Th的原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，氡220 86Rn原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知放射性元素钍232 90Th的原子核比氡220 86Rn原子核的中子数多8个，故C错误；钍232 90Th衰变成氡220 86Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过- 6 -

一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D错误。

3．(2017•山西省一模)现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识。下列说法正确的是( ) A．α粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的

B．β衰变说明原子核内部存在自由电子

C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应

D．氡原子核的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天一定只剩下1个未发生衰变

[解析] α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内，A错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子同时释放出电子，不是证明原子核内部存在电子，故B错误；太阳辐射的能量来自于太阳内部的氢核聚变反应，C正确；半衰期是对大量的原子核的统计规律适用，对少量的原子核不适用，故选C。

4、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，He核的质量为3.0150u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能(质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV.)．

(1)写出该核反应的方程式；

(2)该核反应释放的核能是多少？

解析 (1)核反应方程为2H→He＋n. (2)质量亏损为 Δm＝2.0136u×2－3.0150u－1.0087u＝0.0035u. 释放的核能为 ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV.

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板书设计

一、

天然放射性现象——

天然元素放射出射线的现象

射线的种类及特性

α射线：是氦核(42He)流，贯穿本领小，电离作用强. β射线：是高速的电子流，穿透本领较大，电离作用较弱. γ射线：是高能光子流，贯穿本领强，电离作用小. 二、

四种核反应

1、原子核的衰变 放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化

衰变的种类 α衰变：ZX→Z2Y＋2He A0X→ZA

β衰变：Z1Y＋1e．

AA442、原子核的人工转变 A 反应方程 ZXxAZYy。

3、重核的裂变（原子弹、核电站的原理）

90U01n38Sr136Xe1001n

方程式例举：2359254

4、轻核的聚变（氢弹的原理） 341聚变方程：21H＋1H→2He＋0n 都遵循电荷数守恒、质量数守恒（注意：质量并不守恒），动量守恒与能量守恒。

三.核力与核能

1．核力：把各核子紧紧地拉在一起的力(很强的短程力)。

2．核能；

（1）质量亏损：核子结合生成原子核，原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些的现象。 Δm=m一m/

（2）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定的能量．ΔE=Δmc2。

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