四、裂变和聚变教学设计及教案分析

3.4裂变和聚变

三维教学目标

1、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；

（3）了解聚变反应的特点及其条件.

（4）了解可控热核反应及其研究和发展.

2、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及应用教学图像处理物理问题的能力；

（2）通过让学生自己阅读课本，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。

3、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；

（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

教学重点：链式反应及聚变核反应的特点；裂变和聚变核反应方程式的书写。

教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，得到裂变和聚变释放能量及这一结论。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学过程：

（一）知识回顾

1、什么是结合能？

2、什么是比结合能？

3、核能释放时满足什么规律?

（二）进行新课

一、核裂变（fission）

提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）

总结：重核分裂成

的核，释放出核能的反应，称为裂变。

提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能）

总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。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

（1）铀核的裂变的一种典型反应。

提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？

235921921U0n141BaKr356360n

（2）链式反应：

提问：链式反应〔chain reaction〕是怎样进行的？（这种由重核裂变产生的

使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应）

（3）临界体积（临界质量）：

提问：什么是临界体积（临界质量）？（通常把裂变物质能够发生链式反应的

体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量）

（4）裂变反应中的能量的计算。

裂变前的质量：

mU390.31391027kg，mn1.67491027

kg

裂变后的质量：

mBa234.00161027kg，mKr152.60471027kg，3mn5.02471027kg，

学生计算：质量亏损：

m0.35781027kg，

Emc20.35781027(3.0108)2J=201MeV 例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（

）

2344A、238UTh92902He

140B、14CN671e

1141921C、23592U0n56Ba36Kr30n941D、4Be2He126C0n

3．聚变及其条件

提问：请同学们阅读课本，回答什么叫轻核的聚变？

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。

投影材料一：核聚变发展的历史进程

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？

让学生了解聚变的发展历史进程。

学生思考并分组讨论、归纳总结。

学生回答：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

点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。

教师归纳补充：

（1）氢的聚变反应：

22231

1H+1H→1He+1H+4 MeV、3411H+1H→2He+0n+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

提问：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。

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。

教师说强调：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。

教师补充说明：

（1）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！

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。

总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。

教师点拔：常见的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4MeV、

21H+31H→42He+10n+17.6 MeV。在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物，所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者。

总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上聚变燃料的储量丰富。如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。

聚变与裂变相比，优点之三，是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）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。

点评：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。

（三）课堂小结

本节主要研究了裂变和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）作业：

完成课后练习

（五）板书设计

3.4

裂变和聚变

一、核裂变

１、核裂变概念；

２、铀核的裂变；

３、链式反应

二、核聚变

1 、

轻核的聚变（热核反应）

2、发生聚变的条件

3、实现的方法有: 三、受控热核反应——核聚变的利用