7　核聚变全国优秀课堂实录

第七节

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的能量,如果能加以控制将为人类提供

广阔的能源前景。

（二）过程与方法

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。

（三）情感、态度与价值观

1、通过学习，使学生进一步认识到科学技术的重要性，培养学生热爱科学、勇于献身科学精神。

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：

聚变核反应的特点和条件。

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

教学过程：

（一）引入新课

教师：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，美国用了七年。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）新课教学

1、聚变及其条件

指导学生阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？

学生活动：仔细阅读课文，回答问题：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。

提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），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？

学生活动：学生思考并分组讨论、归纳总结回答问题：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。

教师补充：

（1）氢的聚变反应：

2121H+21H→31He+11H+4 MeV、 H+31H→42He+10n+17.6 MeV （2）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

教师：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？

学生活动：阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论，得出结论：

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。

教师说明：

（1）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。

（2）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3.8×1026

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！

（3）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大规模杀伤武器，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。

提出问题：氢弹爆炸原理是什么？

学生活动：阅读教材，课本图19.7-1是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，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。

播放课件：氢弹的构造简介及其爆炸情况。

教师：根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？

学生回答：日英开发出激光核聚变新方法、有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变等。

2、可控热核反应

（1）聚变与裂变相比有很多优点

讲述：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？

学生活动：阅读教材、归纳、总结：

优点之一，轻核聚变产能效率高。

优点之二，地球上聚变燃料的储量丰富。

优点之三，轻核聚变反应更为安全、清洁。

（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。

（三）课堂小结

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。

（四）布置作业：

完成“问题与练习“中的题目。