课题研究公开课参赛课教案

《重核的裂变》

教学设计

教学目标：

（一）知识与技能

1、知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。

2、知道什么是链式反应及链式反应的条件。

3、会计算重核裂变过程中释放出的能量。

4、了解常用的裂变反应堆，了解核电站原理及核能发电的优缺点。

（二）过程与方法

1、通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力。

2、通过让观看教学资料、视频及课堂训练，培养理论联系实际的能力及动手计算能力。

（三）情感、态度与价值观

1、激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。

2、通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。

教学重点：

1、重核裂变的核反应方程式的书写。

2、链式反应及其释放核能的计算。

教学难点：

通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。

教学方法：

教师启发、引导，学生探究。

教学用具：

多媒体教学设备

教学过程：

引入：上节学习了核力与结合能，知道原子核由于具有质量而蕴含能量，这节课来学习原子核中的能量释放的过程---核裂变

课件展示原子弹的外形、爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景。

大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月

6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，导致日本无条件投降，美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，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% 。

小小的原子弹为什么能有那么大的威力？

我们这节课就来学习原子弹爆炸的原理---及核裂变反应。

一、核裂变

1、概念

原子弹内发生的反应就是核裂变反应，给出核裂变的定义。

通过上节课核力和结合能的知识，引导学生理解重核裂变释放核能的原理：由图可知，中等大小的核核子的平均质量最小，重核裂变和轻核聚的过程中核子的平均质量都有亏损，所以，只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。

2、铀核的裂变

铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式为：

235921921U0n14156Ba36Kr30n

将方程式写到黑板上，并要求学生动手写出方程式。

讨论铀核裂变释放的能量：通过核裂变方程计算出质量亏损，给出一个核发生裂变放出的能量是201MeV,由此得出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，与前面所讲原子弹的巨大威力相呼应。

3、链式反应：

分析铀核裂变的过程，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应．

让学生观看链式反应的过程（flash），加深对链式反应的理解。

启发学生找出链式反应的条件：临界体积（临界质量）：

通常把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。

既然核裂变能释放出如此巨大的能量，那如何将核能缓慢稳定的释放被人类和平使用---核反应堆就是把核能缓慢释放再用于发电--核电站

二、核电站

简单介绍利用核能可解决能源危机

通过课件展示核反应堆的各组成部分，由学生思考探究各组成部分在核反应中起什么作用？

教师引导总结：

1、铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。 铀棒作为反应堆燃料浓度是2-3%，可以将自然界中的铀进行浓缩。

2、控制棒由镉做成，用来控制反应速度。

镉棒是吸附中子的设置，链式反应中释放的中子不断增加，要控制核反应释放的能量，学生容易想到要控制中子的数量，教师提示镉棒对中子的吸附功能，进一步引导给出可以通过控制镉棒的根数和深度，控制参加核反应的中子数目，从而控制核反应中释放的能量。

链式反应释放的是快中子，铀核很难捕捉，引出减速剂。

3、减速剂：用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。

问题：与重核碰撞还是轻核碰撞可以实现中子减速？

然后给出常用的减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，

4、冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，确保反应堆的安全。

5、水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。

核电站发电的优点

(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤．

(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．

(3)对环境的污染要比火力发电小． 让学生观看秦山核电站工作原理视频，并了解：

核能----解决能源危机的根本途径

核发电量占总发电比例最多的10个国家

世界核能发电占全部电量1/4 中国核电站分布图

通过知识与科技与社会的有效结合，增强学生理论联系实际的能力。

核防护：（让学生了解基本的核防护常识）

对核袭击的防护大致可分为两大类

（1）核爆炸瞬时效应防护。利用工事进行掩蔽；在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。

（2)放射性沾染防护。避开在沾染区或高照射量率的地区行动；及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染；人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间；进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留时间。

课堂练习

1、（多选）关于核反应堆，下列说法正确的是

（ABD ）

A.

铀棒是核燃料，裂变时释放能量

B.

镉棒的作用是控制反应堆的速率

C.

石墨的作用是吸收中子

D.

冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能

解析：铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收种子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，及控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀核前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D正确。

2、原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成

（A ） A.

原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统

B.

原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统

C.

原子燃料、减速剂、碰撞统和传热系统

D.

原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统

解析：原子反应堆里用的核燃料是浓缩铀（铀235占2%~4%）制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂（如石墨、重水、普通水），让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用于调节种子的数目以控制反应速度，它是由镉做成的放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。

1141921UnBaKr3n

0563603、铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是141921UBaKr56360(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量。（、、、n的2359223592质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u) (2) 1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？（煤的热值为2.94×107J/kg）

解析：裂变反应的质量亏损为: △m=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7)u=0.215 3 u 一个铀235原子核裂变后释放的能量为: △E=0.215 3×931.5 MeV=200.6 MeV (2)1 kg铀235中含原子核的个数为：

1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量为：

E =N·△E=2.56×10 24 ×200.6 MeV=5.14×1026 MeV =8.2×1013J

设q为煤的热值，M为煤的质量，有E=qM，所以

E8.210133Mkg2.810t

7q2.9410答案:

(1)200.6MeV

(2）8.2×1013J

2.8×103 t