7　核聚变课程导入

“轻核的聚变”的教学设计

刘外军

设计思想

高中物理“轻核的聚变”这一章虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容。然而课本的编写，却限于篇幅等因素的影响，存在正如爱因斯坦所说的问题：“科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程也很难达到清楚地解释全部过程。”

在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，本材料正是以此为设计思想的：沿着科学家的足迹，剖析科学家的思维，领略科学家的创造；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。

教学目的：

l、了解什么是轻核的聚变。

2、了解产生聚变的条件。

3、了解轻核聚变研究的进展情况

思维方法：

l、科学 技术 生产 2、归谬法：由某一种论题出发，推导或引申出荒谬的结论，从而证明论题是不能成立的。

引人新课

1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到

第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7 年。

新课教学

一、轻核聚变

1、历史足迹

时间

人物 事件

20年代 阿斯顿

指出：中等大小的原子核结合最紧密，核裂变或轻核聚变都会放出能量，核聚变放出的能量比裂变大许多

1920年

爱丁顿

猜测：太阳的能量来自亚原子粒子的相互作用

1926年

爱丁顿

指出：太阳总体积具有2000万度的高温和极高的密度。

1929年

罗素

指出：太阳总体积的60％是氢气，如果太阳的能量真是依靠核反应的话，那么这种核反应只能是氢气的聚变。

1938年

贝

特

证明：太阳的能量确实是靠氢气的聚变来维持的。

2，什么是轻核聚变？

由轻核结合成质量较大的核叫轻核聚变。

例子：

2131341H1H2He0n17.6MeV

14H1H2He19.2MeV

平均每个核子在聚变放出的能量大约是裂变放出能量的3倍。

3、产生轻核聚变的条件

要使轻核发生聚变，必须使它们核子之间的距离接近到 10-15 m。聚变必须在

高温下才能发生。

二、热核反应

1、历史足迹

事件

人物

事件

1933年

科学家们

在实验室中首次观测到核聚变就是氘的聚变

1934年

卢瑟福

用氘核去轰击氘靶产生了氚，发现氚聚变温度比氘更低。

1942年

特勒

在探索制造原子弹的各种途径的讨论中提出了一个可怕的问题。

1944年

费米

指出：用氢的同位素氖和氛做燃料，只需五千万度就可以发生核聚变。

1945年

美国

原子弹研制成功后，人们立即觉察到，可以利用裂变反应所产生的超高温来实现核聚变反应，这就是氢弹的原理。

2、氢弹原理

利用原子弹爆炸所产生的高温，来实现轻核聚变，放出巨大的能量。

3、太阳能

假设一：太阳是一只大火炉。

假设二：太阳进行着聚变反应。

太阳内部和许多恒星内部，都进行着激烈的热核反应。太阳的巨大能量来

自氢转化为氦的热核反应，核反应方程如下：

1120 1H1H1H1e

213 1H1H2Heν

} 进行两次

3341 2He2He2He21H

上述一系列核反应称为质子-质子循环。这一系列反应的结果是4个质子形成一个氦核，再放出正电子、γ射线、中微子等。可表示为：

140 41H2He21e(2~3)ν26MeV

放出的总能量为26MeV。

4、可控热核反应将为人类提供更为巨大的能源。

课堂练习

1、什么是轻核聚变？产生轻核聚变的条件是什么？

2、什么是热核反应？你能说出氢弹的原理吗？

3、回顾我国氢弹的研究过程，谈谈你的体会。

4、谈谈可控热核反应给人类带来的好处。

课后针对练习设计

1、A、B两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，磁场方向如图1所示，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中a、b、c、d分别表示α粒子，β粒子以及两个剩余核的运动轨迹( )

b

A．a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹

B．b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹

C．b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹

D．a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹

2、某放射性原子核A，经一次α衰变成为B，再经一次β衰变成为C，则( ) A．原子核C的中子数比A少2 B．原子核C的质子数比A少1 C．原子核C的中子数比B少1 D．原子核C的质子数比B少1

3、质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为( )

A．（mp+mn-m）CB．（mp+mn）C 2 C．mC 2

D．(m-mp) C 2

4、发现中子的核反应方程是(

) 2 A．

C．94147N4242He617912F1010n

B．23112713NAl4242HeHe26133015FP1010n

n

BeHeCn

D．2065、232：（

）

90Th（钍核）经过一系列α和β衰变，成为82Pb（铅核）A．铅核比钍核少8个质子

B．铅核比钍核少16个中子

C．共经历4次α衰变和6次β衰变

D．共经历6次α衰变和4次β衰变

6、关于原子核能，下面说法正确的是( ) A．使原子核分解成粒子时放出的能量

B．核子结合成原子时需要供给的能量

C．核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量

D．核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量

7、看阅读材料请回答：

1964年10月16日，我国在新疆罗布泊沙漠成功地进行了第一颗原子弹爆炸试验，结束了中国无核时代。我国从第一颗原子弹爆炸到第一颗氢弹爆炸，仅用了两年多时间，在当时，前苏联毁约停援、撤走专家，西方科技严加封锁，又正值困难时期，我国科学家、解放军和工人跋涉戈壁沙漠、风餐露宿、夜以继日。在研制期间，***同志曾多次主持会议，成立了以周恩来同志为主任的专门委员会，26个部委，20多个省市，1000多家单位的精兵强将和优势力量大力协作。

（1）原子弹爆炸实际上是利用铀核的裂变时释放出很大能量，由于裂变物质的体积超过临界体积而爆炸。

①完成核裂变反应方程式

②铀原子核裂变自动持续下去反应过程叫 ，产生这种反应的条件必须是 。

（2）我国在五、六十年代，极其困难条件下果断决定研制“两弹一星”的原因主要是 （3）世界上哪个国家首先研制原子弹成功？在何时何地首先使用？在当时有哪些积极意义？答： （4）我国在第一次原子弹爆炸试验成功时就庄严宣布“不首先使用核武器”，我们制造核武器只是为了铸造和平盾牌。与此同时，我国在和平利用核能方面取得重大成就。

八十年代我国已有两座自行设计并网使用的核电站，它们是华南地区的___________，另一个华东地区的_________。

参考答案：

1、C

2、BC

3、A

4、C

5、C

6、D 7、

（2）抵御帝国主义的武力威胁、打破大国核讹诈、核垄断、尽快增强国防实力

（3）美国，1945年在日本广岛和长崎加速日本投降（二次大战结束），是世界第三次科技革命开始的重大标志之一。

（4）广东

大亚湾、浙江

秦山