四、裂变和聚变教学实录

3.4 裂变和聚变

教材分析：本节是选修1-2中，第三章第四节的内容。大体上遵循着历史发展的过程进行讲述，为了寻找核能释放的途径，科学家们进行了不懈的努力，裂变和聚变就是核能释放的两种方式，其中链式反应是核裂变能够持续发生的前提，而链式反应又需要一定的条件。教材从铀核裂变为出发点，讲述了裂变的过程，核能释放的计算方法，以及原子弹的原理和制造原子弹的原料。而核聚变就是热核反应，发生条件苛刻，必须使原子核接近到核力能够发生作用的范围内，因此，人工的核聚变必须通过原子弹爆炸来实现，这就是氢弹的原理。另外，教材在讲述裂变和聚变的同时，联系了我国在核能和受控热核反应的研究上的新进展，增强学生作为一个中国人的自豪感、荣誉感，触发他们为祖国现代化事业贡献力量的坚定信念。

学情分析：本节课用的高一的学生，没有学过选修1-2的内容，没有学过爱因斯坦的质能方程。并且涉及到微观领域，学生难于接受，因此在课堂上，要充分的利用图片、视频等资源。同时，课堂中采用交流讨论的互动学习方式，旨在让不同层次的学生参与到课堂中。另外，讲课时还注重物理研究方法的渗透和爱国主义教育的渗透。

教学目标

一、知识与技能

（一）、核裂变

１、知道核裂变概念；

２、理解并应用铀核的裂变；

３、知道链式反应

（二）、核聚变

1 、知道轻核的聚变（热核反应）

2、

理解发生聚变的条件

3、

知道实现的方法有: （三）、知道受控热核反应——核聚变的利用

二、过程与方法

1、通过图片展示裂变和聚变的过程，让学生理解裂变和聚变，培养学生对科学的兴趣以及探索精神

2、通过用爱因斯坦质能方程计算核裂变和聚变释放的能量，用实例让学生了解核反应释放的的巨大能量

三、情感态度价值观

通过学习裂变和聚变，了解我们的核实力和我国使用核武器的原则，增强学生的爱国热情

教学重点

1、

链式反应及其释放核能的计算

2、

核反应方程的书写

3、

聚变的条件和实现的方法

教学难点

1、

核能的计算

2、

聚变的条件和实现的方法

教学过程

引入：展示课题，投影教学目标，让学生了解这节课要学习要掌握的知识点有哪些

新课教学：

一、核裂变

1、核裂变

展示裂变原理图片

讲解裂变原理，较重的核在中子的撞击下，分裂成两个质量数差不多的较轻的核，并放出三个中子，释放核能的过程。

让学生仔细观察图片，发现图片上的特点，强调一个中子撞击，变成两个质量差不多的核，又放出三个中子，培养学生的观察能力，并为写核裂变放出埋下伏笔。

由此让学生推测核裂变的概念

学生大胆提出核裂变的概念后，教师总结、展示核裂变的概念：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。

2铀核裂变

课件展示：

（1）发现

1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。

让学生计算，发现裂变到今天经历了多少年，大约80年时间，核反应的利用对全世界有着深远的影响

（2）裂变产物

根据核裂变的定义，以铀235为例，推测核反应方程的反应物和生成物

给出

235

，因为用中子轰击，所以反应物为

235

+ 1n92U92U0讲解核反应中反应物与生成物之间为什么用“-----”,因为核反应既不是物理反应也不是化学反应，是核物理反应，不能用化学的等号

展示其中一个生成物

144

，让学生讨论，推测另外两个生成物，补全核反应方程

56Ba学生活动：根据化学中，原子质量数和质子数的关系，以及核裂变原理，推测核反应生成物

方程为：同理，核裂变产物多种多样，练习另一个核反应方程

大致讲解爱因斯坦质能方程，以及两种不同方式的计算，并利用爱因斯坦质能方程计算铀核裂变时释放的核能

mu390.31391027kg

mn1.67491027kgmBa234.00161027kg求：该核反应释放的能量

27mkr

152

.

6047



10

kg

指导学生计算并指出1kg铀全部裂变，

它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。

根据北方冬天一户人家烧煤的量，让学生感受2000t煤大概有多少，体会1kg铀全部裂变释放能量的多少。

3、

链式反应

讲解：原子的核外电子绕核高速运动，说明原子是由间隙的，原子分子的直径数量级是10-10m，裂变时产生的新的三个中子如果再撞击铀核，核反应将继续下去，引出链式反应的概念：由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．

如果裂变物质足够小，中子撞不到裂变物质时，裂变反应就会终止。使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。

提出问题：你认为发生链式反应的条件是什么？

学生交流回答：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。

展示原子弹图片，原子弹结构图，强调组成部分中必须要有的反应物，加强学生的记忆。

材料阅读：

“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温（强调能达到的温度的数量级）和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑．

在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡．

“原子弹之父”

奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者．”

状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ．

通过阅读材料，让学生了解原子弹的强大杀伤力，以及我国对原子弹的研究和利用成果，并指出我国对核武器的使用原则：在任何时候，任何情况下，都不首先使用核武器，并且不对无核国家和地区使用或者威胁使用核武器。通过这样的教育，提高学生的爱国热情，和民族自豪感。

二、核聚变

根据核裂变的概念，结合左边的图，猜测核聚变的定义

1 、

轻核的聚变（热核反应）

某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。

轻核的聚变

234122311H1H2He0n1H1H2He0n

学生活动：根据所给数据,计算下面核反应放出的能量：

2341

1H1H2He0n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

2、发生聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m 要达到这样的聚变，必须克服非常大的库伦斥力

3、实现的方法有：

1）用加速器加速原子核

２）把原子核加热到很高的温度：108～109K（让学生思考怎么样才能达到这样的温度？核裂变提供）

聚变反应又叫热核反应

核聚变的应用：核聚变的利用——氢弹

教师解释氢弹的原理，学生体会核裂变和核聚变的产生条件

氢弹爆炸形成的蘑菇云

三、受控热核反应——核聚变的利用

学生阅读材料：

可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。

教师解释：热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性：

能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺；

反应物质量相同的情况下聚变放出的能量比裂变多；

热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比。

现在的技术还不能控制热核反应。

问题有：

１、地球上没有任何容器能够经受如此高的温度（上千万度的高温）

２、如何约束聚变所需的燃料（如何让原子核间达到10-15m的距离）

教师解释科学家们想出的两种约束核聚变反应的方法，但是这两种方法都不能完全使核聚变反应稳度持续的进行，所以热核反应还不能完全被现代技术控制。

宇宙中时刻进行着核聚变反应，播放视频：太阳的核聚变

课堂小结：

学生分组讨论，这节课学到了哪些知识，然后小组展示