7　核聚变第二课时 公开课

19．7 核聚变

【教学目标】

（一）知识与技能

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能量,如果合理利用将为人类提供广阔的能源前景。

（二）过程与方法

通过视频介绍太阳的核聚变让学生了解到核聚变并不陌生和遥远。

通过让学生上网搜集世界各国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况，并且分享给大家，培养他们搜集整理信息的能力。

（三）情感、态度与价值观

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。

【教学重点】核聚变反应的特点；聚变反应的条件。

【教学方法】教师启发、引导，学生讨论、交流。

【教学用具】多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

【教学过程】

（一）引入新课

视频短片引入

短片通过对比“太阳内部如果完全是煤只能烧几千年，可是太阳稳定地燃烧了50亿年，究竟是什么东西这么经烧呢？”，指出太阳燃烧和篝火原理的不同，引出了太阳燃烧的原理是轻核聚变。

（二）进行新课

1．聚变

a．由核子平均质量分布图象可知，中等质量的原子核的核子平均质量最小，当轻核结合成质量较大的核，或者重核分裂成质量较小的核时，就要释放核能。

b．由比结合能图象可知，中等质量的原子核的比结合能最大，当轻核结合成质量较大的核，或者重核分裂成质量较小的核时，就要释放核能。

c.聚变定义

d.氢的聚变反应：

2231

1H+1H→1He+1H+4 MeV、23411H+1H→2He+0n+17.6 MeV e.核能的计算

23411H+1H→2He+0n 反应中释放的能量可以计算如下：

裂变前：

21H

2.014102u

31H

3.016050u

5.030152u

裂变后：

42He

4.002603u

10n

1.008665u

5.01268u

反应过程中质量减少了△m=0.01884u（1个原子质量单位U相当于931.56MeV）。释放的能量为：

△E= 0.01884×931.56MeV≈17.59MeV

释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍

2.条件

（1）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10-15 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。

（2）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。

提问：氢弹爆炸原理是什么？

由课本图19.7-1是氢弹原理图可知，它需要用原子弹来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。

氢弹的构造简介及其爆炸情况。

3．可控热核反应

（1）实现可控核聚变的两种方案

a.磁约束

带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用下而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。

b. 惯性约束

由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应

（2）裂变与聚变的区别

a.

原理不同

重核裂变是重核变成几个中等质量的原子核，放出能量；而聚变是几个轻核聚变成一个中等质量的原子核，放出巨大能量．

b.

放出的能量大小不同

重核裂变平均每个有核子放出的能量约1MeV，而轻核聚变，平均每个核子释放3MeV 以上．

c.废料处理难度不同

裂变产生的废料处理起来比较困难，而聚变后的核废料处理简单．

d.“燃料”来源丰富程度不同

热核反应需要的氘，地球上非常丰富；而裂变需要的铀，地球上很较少．

（2）学生在网上搜集整理世界各国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况，

并且分享给大家

（三）课堂小结

1.聚变反应的特点和条件

2.典型的核聚变

2231

1H+1H→1He+1H+4 MeV、23411H+1H→2He+0n+17.6 MeV 3.实现可控核聚变的两种方案

（四）例题

1.（新课标I卷）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：21H+21H→31He+11H。已知31He21H的质量为2.013 6 u，

的质量为3.015 0 u，11H的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为(

)

A．3.7 MeV

C．2.7 MeV

B．3.3 MeV

D．0.93 MeV 2.(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（

）

24A.3

He＋11H＋1H→20n是核聚变反应

241B.3

1H＋1H→→2He＋0n是β衰变

1891C.

235

144→92U＋0n―56Ba＋36Kr＋30n是核裂变反应

114094D.

235

54Xe＋38→Sr＋2192U＋0n →―

0n是α衰变

（四）作业

完成课后练习

【教学体会】

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。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，读者学生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。