7　核聚变教案3

教学设计

课

题：学

科：所用教材：设

计

者：单

位：

核聚变

物理

高二

年级

选修3-5

王凤娟

台师高级中学

2018年6 月

28 日

教学设计正文

课

题

设计理念：

本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容。在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，同时加强学生自己动手计算探究的设计思想的：书中结论不是直接给出，让学生自己演算探究得出，增加学生的课堂参与程度；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。

认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。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。

教学目标：

1．

知识和技能

（1）了解聚变反应的特点及其条件. （2）了解可控热核反应及其研究和发展. （3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

2．

过程与方法

（1）通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力 （2）让学生自己演算探究得出结论，增加学生的课堂参与程度，培养他们的计算能力和探究精神

3．

情感态度和价值观

（1）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。

（2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。

教材分析：

1．

教材的地位和作用

《核聚变》是在学生学习了《核力与结合能》与《核裂变》后，又一种核反应，这部分知识与现代科技、现代生活、生产等有着密切联系。因学好本节知识不仅在物理思想、物理方法上有教育意义，在培养学生分析

核聚变

设计意图

问题的能力方面也有着重要意义。

2．教材特点

本节教材把理论探究和计算演算结合起来，重视如何开展探究式学习的方法传授，充分体现了探究式学习在物理教学中的地位和作用。

3.

教学重点. 聚变核反应的特点。

聚变反应的条件。

4.

教学难点 聚变释放的能量计算

教学准备：

学生复习回顾核力、比结合能、核裂变知识

教学过程：

一、情景引入，提出问题

（一）引入新课

视频播放：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。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题. 二、温故知新：

提问：1、在原子核内，是什么力将核子束缚在一起，形成稳定的原子核？其特点有？其作用范围？

学生回答：核力，是短程力，作用范围在1.5×10m

提问：2、核反应中，核子的比结合能增大，意味着什么？

学生回答：发生了新的质量亏损，此核反应是释放能量的过程

提问：3、

92U0n56Ba36Kr235114192-15

通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。

对核力、比结合能、核裂变释放能量等知识的回顾，为新课展开做好准备。

301n已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，铀核的质量加上中子的质量是236.0526u,裂变后的钡核和氪核再加上三个中子的质量总共为235.8373u。

此反应质量亏损 2

反应中平均每个核子释放的能量为 Mev (1u=931 Mev /c)

三、新课教学

（一）核聚变

提问：把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。请同学们回答什么叫轻核的聚变？

采用提问和

学生仔细阅读课文

学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。

（1）写出核反应方程

2341HHHen1120讲解的形式引导学生找到答案。

（2）反应条件

微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10

m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。

点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件，有助于加深理解。

提问：核聚变需要高温才能进行，此核反应是吸收热量的过程吗？是吸收能量的过程吗？

学生回答：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。

（3）释放能量过程

根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:

2341HHHen1120-15

让学生自己演算探究得出结论，增加学生的课堂参与程度，培养他们的计算能力和探究精神

多种形式分析轻核的聚变反应能氘核的质量：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

根据质能方程，释放出的能量为：

Emc2(mDmTmmn)c2

0.01861.66061027(3108)2eV17.6MeV191.602210提问：铀235裂变释放能量为200MeV，一个氘核与一个氚核的聚变释放能量为17.6 MeV

，是不是裂变比聚变释放的能量更多？

学生回答：不是，应该比较平均每个核子放出的能量

平均每个核子放出的能量在 3 MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3 ~ 4倍。

提问：请同学们再看看比结合能曲线，想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？

够比重核的裂变反应释放更多的核能，帮助学生理解

（4）核聚变的应用

上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。

教师介绍：氢弹的构造简介及其爆炸情况。

（5）自然界中的核聚变

热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107

K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×10

J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！

教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。

（二）受控热核反应

（1）聚变与裂变相比有很多优点

提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？

学生总结：

1、聚变与裂变相比，轻核聚变产能效率高。

2、聚变与裂变相比，地球上聚变燃料的储量丰富。

每升水中就含有

0.03 g 氘，地球上有

138.6 亿亿立方米的水，大约有

40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000 亿吨

总说出来，增加学生的参与度。

让学生自己变能而作出自己的努力。

希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚26

认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，

3、聚变与裂变相比，轻核聚变反应更为安全、清洁。

实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。另外，氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂就所生成的废物的数量少，容易处理。

（2）、实现核聚变的难点

１、热核反应的的点火温度很高

２、如何约束聚变所需的燃料

（2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。

EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。

四、课堂练习

1.（单选）关于核聚变的说法正确的是( )

通过了解我国在可控热核反应方面的成就，激发学生的爱国热情和献身科学的能力。

A.聚变是裂变的逆反应

B.如果裂变释放能量,则聚变反应一定吸收能量

对于裂变聚C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度,显然是吸热反应

变知识的加强。

D.聚变和裂变都可以释放出巨大的能量

2.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少.太阳每秒钟

辐射出的能量约为4×10

J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的

质量最接近( ) 加强对质量A.10

kg

B.10

kg

亏损的理解

C.10 kg

D.10 kg

3、在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是_______，属于β衰变

的是_______，属于人工转变的是_______，属于裂变的是_______，属于聚区分四种核变的是_______。（填正确答案标号）

反应方程的方法14A．146C7N01139361826

e B．3215P3216S01e

总结。学以致用，C23892U2349044171 使学生得到成功Th2He D．147N2He8O1H

1140E．23592U0n54Xe94381241

的体验。

Sr20n F．31H1H2He0n五、小结

本节主要研究了聚变核反应的特点和条件，聚变反应要比裂变反应释放更多的能量，但它发生的条件是要达到几百万度的高温，因而聚变反应也叫热核反应.可控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径。

六、作业布置

课本：90页问题与练习2、4 教学反思：

本节课虽然教学难度虽然不大，在课堂教学过程中，结合内容的讲授，

同时加强学生自己动手计算探究的设计思想的：书中结论不是直接给出，让学生自己演算探究得出，增加学生的课堂参与程度；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。

教学中反应出学生的计算能力还是偏弱，平时教学还是要多让学生自己动手演算。