7　核聚变教学评价实录

第十九章 原子核 第7节 核聚变

教学设计

1.教学目标

1.1 知识与技能

（1）了解聚变反应的概念、条件及其特点。

（2）了解可控热核反应及其研究和发展。

（3）理解轻核聚变相比重核裂变能够释放更多的能量，如果能加以控制将为人类缓解甚至解决能源危机。

1.2 过程与方法

通过组织学生阅读教材，小组讨论并根据任务驱动、问题引领以培养学生自主归纳与概括知识的能力和思考分析问题的能力。

1.3 情感态度与价值观

（1）通过学习，使学生进一步认识科学技术对社会进步的重要性，关心国内外科技发展现状与趋势，更加热爱科学并投身于科学事业。

（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，能正确认识科学·技术·社会·环境的关系，具有良好的科学态度和社会责任感。

[重点] 聚变反应的概念及特点

[难点] 聚变反应的条件及磁约束的原理

2.课前准备

学生：上网或到图书馆查找有关核聚变内容的介绍文章。

教具：实物投影仪，多媒体设备及相关课件。

3.教学过程

（1）导入新课

讲述：万物生长靠太阳，它在我们的日常生活中是不可替代的。太阳提供给地球足够的能源，如果说有一天太阳一旦不再发光发热了，地球上的一切生物都1

将消亡，那太阳释放的能量主要的来源是什么呢？这节课我们一起来研究核聚变的问题。

[展示图片并板书] 第十九章 原子核 第7节 核聚变

点评：通过创造问题情境，设置疑问引导学生进入课题。

（2）进行新课

活动一：研读教材P88前两段，并思考以下问题

问题1 什么叫核聚变？试举出一个核聚变反应的例子。 （学生带着问题按要求仔细阅读教材）

学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做核聚变。

教师出示核聚变图片，引导学生回答并讲解核聚变平均每个核子释放的能量在3Mev以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍。

问题2 结合下面两图，试分析说明为什么核聚变反应会释放出能量？

学生思考并小组讨论、归纳总结。

教师引导学生从平均结合能变化和质量亏损两个角度分析得出结论：由质量较小的核结合成质量较大的核，核子的平均结合能在增大，即核子平均质量减小，将发生质量亏损，所以会释放出核能。

问题3 发生核聚变反应的条件是什么？为了使原子核具有足够大的动能，可采取哪些方法？ 教师引导学生从宏观和微观两个角度思考问题并小组讨论。

[用课件展示并讲解归纳]

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从微观上必须让轻核的距离接近到核力起作用的范围；从宏观上必须让轻核具有很大的动能以克服巨大的库仑斥力。

问题拓展：如何能使轻核具有很大的动能呢？

教师启发学生思考并回答问题

讲述：一种方法是让轻核经过加速器达到高速，再去互相撞击，这样可以发生聚变，但几率极低，放出的聚变能远小于加速器消耗的能量，此法只能用于研究聚变规律，不能用来做能源。

另一种方法是高温，相当于10 10

℃温度下轻核的热运动动能才能克服库仑斥力．由于粒子的麦克斯韦分布及穿透势垒时有隧道效应，加热到107

℃时就有部分高速轻核达到聚变条件，因此聚变又叫热核反应。 [板书] 一、核聚变

1.定义 2.典型例子 3.发生条件 4.应用

活动二：研读教材P89前四段，并思考以下问题

问题4 为什么说地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳？ （学生带着问题仔细阅读教材）

讲述：太阳是距离地球最近一颗恒星。它的中心温度达1500～2000万℃，太阳的中心区域每时每刻都在进行着天然的热核反应，每秒钟就能产生高达3.8×1026焦耳的巨大能量，相当于每秒燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。这一能量是以光辐射的方式从太阳内部发出的，因而被称为太阳辐射能，简称太阳能。太阳是整个太阳系光和热的源泉。地球上的各种能源资源，无论是煤炭、石油、天然气，还是水力、风能、生物质能，都直接间接地来自太阳能。

点评：呼应导入新课时设置的问题并释疑，介绍《费曼物理学讲义》上有关美国物理学家汉斯·贝特的小故事。

问题5 目前聚变反应主要用在什么方面？为什么要用原子弹才能引爆它？ 教师启发学生思考并回答问题：主要用在核武器氢弹上。

[用课件展示并讲解]

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介绍世界第一个氢弹实验装置及我国的氢弹研制情况，强调从原子弹到氢弹的研制时间我国仅用两年零八个月，用时相对最短。

点评：通过对我国当时在非常艰苦条件下研制两弹的成功，激发学生的爱国热情和民族自豪感。

讲述：人类对核聚变的研究已取得一定的成果，但目前核聚变所获得的核能还只能用于核武器中。氢弹爆炸虽然是人工热核聚变，但无法控制。因此受控热核反应就成为当前世界科学技术最大的主攻课题之一。如果哪个国家最先取得进展，获得成功，就会抢占应用核能的制高点，实现和平利用核能的转变，缓解环境污染，并最终解决能源危机问题。

任务三：研读教材P89“受控热核反应”前两段，并思考以下问题 问题6 聚变反应相比裂变反应有哪些优点？ （学生带着问题仔细阅读教材）

学生回答：1. 产能效率高

2. 聚变燃料储量丰富 3.更为安全、清洁

引导学生区分它们不同的放能方式并对比各种燃料的燃烧值。

问题7 发生核聚变的困难是什么？科学家设想了哪两种方案？ 引导学生回答：发生核聚变的困难是：1.热核反应的点火温度很高 2.如何约束聚变所需的燃料

。科学家设想的两种方案：磁约束和惯性约束。

[板书] 二、受控热核反应

1.聚变优点 2.困难之处 3.设想方案

教师出示图片并讲解实现聚变的三种约束：

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其中引力约束是宇宙中恒星内部热核反应的约束方式。

问题拓展：在磁约束时，要使原子核更可能相互接近应采用更强的磁场，这是为什么？

教师启发学生思考并回答问题：因为r=mv/Bq，磁场越强，半径就越小，原子核就会绕着磁感线绕圈运动而不飞散，从而更可能相互接近并发生反应。

着重介绍“中国环流器一号”是从事受控热核聚变反应研究的实验装置，是依靠我国的工业、技术基础研制成功的，它的建成并投入正常运转，表明我国的受控热核聚变反应科研工作进入了新阶段，目前已经处于世界领先水平。

【小结】（用课件展示）

1.核聚变：两个轻核结合成较大质量的原子核的放能反应。

2发生条件：必须使轻核具有足够的动能，从而克服库仑斥力接近到核力发生作用的距离，需要超高温。 3.核聚变的特点：释放能量大；一旦反应，可自发进行，不可控制；污染小，核燃料丰富；普遍存在于宇宙中。 4.核聚变的应用：

（1）核武器---氢弹，由原子弹引爆。（2）受控热核反应：相比裂变有很多优点；困难在于地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温；目前采用磁约束和惯性约束的控制方法，仍在探索阶段。 （3）巩固提高

1.关于聚变反应说法正确的是（ ）

A.聚变反应是裂变的逆反应

B.如果裂变释放能量，则聚变反应一定释放能量

C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的高温，显然是吸热反应

D.聚变和裂变都可以释放巨大的能量

2.太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。已知太阳的质量为2×1030kg，太阳向周围空间辐射的总功率为3.8×1026W。 （1）写出上述聚变反应的方程。 5

（2）已知质子质量mp=1.6726×10-27kg，氦核质量mα=6.6458×10-27kg ，电子质量me=9.0×10-31kg ，光速c=3.0×108m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。 （3）根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。 （4）课后作业

1.试分析在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么？

2.为什么说核技术的开发和利用是一把双刃剑，它的应用可能对人类生活和社会发展带来怎样的影响？我们应该如何正确地看待它？ 3.浏览https://v.qq.com/x/page/p0336921sjw.html，观看： 中国人造太阳核聚变试验获重大突破 世界第一 •

中核网

http://www.cnnc.com.cn •

ITER网 http://www.iter. Org ; http://www.iterchina.cn/ 4.教学设计说明

（1）本节课的内容基本属于定性介绍的知识，与前一节有相似之处，学生容易产生不够重视的心理。所以在教学中，精心设计了一个问题链，以任务驱动、问题引领相结合的方式，并采用丰富的多媒体课件手段，激发学生的学习兴趣和求知欲。课堂以学生为主体，教师为主导，紧紧围绕核聚变的特点、发生条件、受控聚变反应研究进展的主线进行教学，发展学生思维，培养学生良好的科学态度和社会责任感。

（2）在教学方法上，采用创设问题情境，提出问题，拓展问题，学生自主阅读、讨论以及教师启发、点拨，引导学生得出结论的方法，培养学生的阅读能力和分析推理能力。在学习新知识的基础上不仅对前面所学重要内容，如平均结合能、质量亏损等概念、带电粒子在磁场中运动规律进行了巩固，而且有了合适程度的深化，丰富和充实了本节课的内容。

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