下载文档原格式
教案上课时间：年月日题课选择性必修三第五章第4节：核裂变与核聚变课型新课时共2课时教学目标1. 了解核裂变反应及链式反应的条件。
2.知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程。
3.了解核聚变反应及条件，关注受控核聚变反应研究的进展。
4.了解两类核能应用的利弊，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
学习重点核裂变反应及链式反应的条件、核聚变反应及条件学习难点受控核聚变反应教学过程教学环节（含备注）教学内容引入新课讲授新课（边讲授边讨论学案预习题）一.引入新课核电站和原子弹是怎样转化和利用核能的？氢弹与原子弹有什么异同？二.进行新课（一）核能释放原理：只有重核裂变和轻核聚变时，因质量亏损能放出大量的能量。
（二）核裂变的发现1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的较轻原子核，并放出核能的过程。
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的反应是23592U＋1n→14456Ba＋8936Kr＋31n。
3．链式反应：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
4．链式反应的条件：发生核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。
（三）反应堆与核电站1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)核燃料：铀棒；(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生核裂变，采用石墨、重水或普通水(也叫轻水)作慢化剂；(3)控制棒：利用镉吸收中子能力很强的特性，采用插入镉棒的方法控制链式反应的速度；。
第4节 核裂变和核聚变一、教学目标1、知道重核裂变、核聚变的概念。
2、知道什么是链式反应。
3、了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应及其研究和发展.4、会计算核反应中释放的能量。
二、教学重难点1、核反应方程式的书写2、释放核能的计算。
三、教学过程（一）重核裂变1、重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
2、核裂变是释放核能的方法之一。
3、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。
最典型的一种核反应方程式是2351141921920563603U n Ba Kr n +→++(2)释放的核能的计算Δm=（235.043u+1.0087u)(1409139u+91.8973u+3.0261u)=0.2153uΔE=0.2153u ×931.5Mev=200.55Mev(3)铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
（二）链式反应1、这种由重核裂变产生的中子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。
（见示意图523）2、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。
（三）轻核聚变1、轻核聚变成较重核，引起结合能变化的方式获得核能，这样的核反应称为核聚变。
2、氢核聚变：21H+31H→42He+10n3、能量计算：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。
4、氚的获得：（四）可控热核聚变1、（1）聚变与裂变相比，轻核聚变产能效率高。
（2）聚变与裂变相比，地球上聚变燃料的储量丰富。
（3）聚变与裂变相比，轻核聚变反应更为安全、清洁。
2、发生条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围。
要使它们达到这种程度，必须克服原子核间巨大的库仑斥力，这就得让核子获得足够大的动能。
以氘核发生聚变为例，必须在大约108 K高温下，使氘核获得至少70 keV的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变。
5.4 核裂变与核聚变【学习目标】1.知道核裂变、链式反应的概念，会计算核裂变释放的核能．2．了解核反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程．3．知道核聚变的概念、条件及受控热核反应的控制方案，会计算核聚变释放的核能．1．发现：1938年年底，德国物理学家________和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了________的裂变．2．核裂变(1)重核被________轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类反应定名为核裂变．(2)铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U＋10n →144 56Ba＋8936Kr＋________.(3)链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应．(4)链式反应的条件发生裂变物质的体积大于________或裂变物质的质量大于________．4．了解可控热核反应及其研究和发展。
5．核裂变的能量：1 kg铀235全部发生核裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能。
知识点二反应堆与核电站1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：________.(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用_________作慢化剂．(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒．镉________的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度会慢一些，这种镉棒叫作控制棒．2．工作原理：____________释放的能量，使反应区温度升高．3．核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽________放出的各种射线，核反应堆中的核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，深埋地下．知识点三核聚变1．定义：两个轻核结合成________的核，这样的核反应叫作________．2．举例：21H＋31H→________＋10n＋17.6 MeV.3．条件：轻核的距离要达到________以内．需要加热到很高的________，因此又叫________．4．优点：第一、轻核聚变____________．第二、地球上核聚变燃料的________．第三、轻核聚变更为安全、清洁．5．控制方法(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是________．(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用高能量密度的________________从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应．例1、铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是( ) A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使铀235核裂变的链式反应容易发生，最好直接利用核裂变时产生的快中子C．只有铀235的体积超过它的临界体积，核裂变的链式反应才能发生D．核裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关例2、如图所示是慢中子核反应堆的示意图，关于该核反应堆，下列说法正确的是( )A．铀235容易吸收快中子后发生核裂变B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起核裂变C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些例3、有四个核反应方程如下：①235 92U＋10n→9538Sr＋138 54Xe＋3X1 ②21H＋X2→32He＋10n③238 92U→234 90Th＋X3 ④2412Mg＋42He→2713Al＋X4 下列说法正确的是( )A．①是核聚变B．X2为21HC．③是核裂变D．X4为中子例4、1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A为阿伏伽德罗常数)( )A．N A×196 MeV B．235N A×196 MeV C．235×196 MeV D．N A235×196 MeV巩固练习1、铀核可以发生衰变和裂变，铀核的( )A．衰变和裂变都能自发发生 B．衰变和裂变都不能自发发生C．衰变能自发发生而裂变不能自发发生 D．衰变不能自发发生而裂变能自发发生2．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( )A．质子 B．中子 C．β粒子 D．α粒子3、(多选)下列说法正确的是( )A．核聚变反应方程可能为21H＋31H→42He＋210nB．铀核裂变的核反应方程可能为235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210nC．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分D．中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc24、（多选）铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生核裂变，也发生衰变．铀235核裂变方程为235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310n，衰变方程为235 92U→Y＋42He，则下列说法正确的是( ) A．核裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量B．核裂变产生的新核X中含有88个中子C．衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大D．核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变5、太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和11H、42He组成的．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2X＋411H→42He＋释放的核能ΔE，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的11H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段．为了简化，假定目前太阳全部由电子和11H核组成．已知质子质量m p＝1.672 6×10－27 kg，42He质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量m e＝0.9×10－30 kg，光速c ＝3×108m/s，太阳质量M＝2×1030kg，太阳辐射功率P＝4×1026W，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.下列结论正确的是( )A．核反应中的X是电子B．释放的核能ΔE约为4.2×10－12 JC．若释放的核能全由波长为300 nm的光子组成，一次核反应释放出的光子数约为6.3×108个D．太阳继续保持在主序星阶段的时间约为1010年6、某核电站发电功率为5×105 kW ，用235 92U 作为核燃料，已知235 92U 核裂变主要是按如下方程进行的：23592U ＋10n ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 。
2022-2023学年人教版（2019）选择性必修第三册核裂变与核聚变学案（含答案）【素养目标】1.知道重核的裂变和链式反应2.会计算核裂变释放的能量3.了解原子弹的原理4.知道聚变反应的特点5.了解聚变反应的条件【必备知识】知识点一、核裂变1．定义：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。
2．铀核的典型裂变方程用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。
4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．知识点二、反应堆与核电站1.核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．2.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．反应堆示意图(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．知识点三、核聚变1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．2．典型的核聚变方程：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV3．条件在超高温条件下，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库伦斥力，发生核聚变。
4 核裂变与核聚变-人教版高中物理选择性必修第三册（2019版）教案一、课程目标通过本节课的学习，学生应该能够了解以下内容：1.掌握核反应的基本概念；2.熟悉核裂变和核聚变的原理；3.了解核反应在实际应用中的作用；4.讨论核能的优缺点和应用前景。
二、教学内容1. 核反应的基本概念•了解物质的三态变化；•掌握能量守恒和质量守恒的基本概念；•理解核反应的基本过程；•了解核反应中的粒子和辐射。
2. 核裂变和核聚变的原理•了解核裂变和核聚变的基本原理；•比较核裂变和核聚变的异同点；•掌握核反应的能量释放和能量损失。
3. 核反应在实际应用中的作用•了解核反应在电力产生、核武器等方面的应用；•讨论核反应对环境和人类的影响。
4. 核能的优缺点和应用前景•比较核能和传统能源的优缺点；•探讨核能在未来能源应用中的发展前景。
三、教学重点•核反应的基本原理；•核裂变和核聚变的异同点；•核能的优缺点和应用前景。
四、教学难点•粒子运动的规律性理解；•核反应在实际应用中的作用和影响。
五、教学方法•课堂讲解；•实验演示；•讨论交流。
六、学生活动•听讲和笔记；•观看实验演示；•参加讨论交流。
七、教学时间安排本教案设计为1节课，具体时间安排如下：时间教学内容0-10分钟核反应的基本概念10-30分钟核裂变和核聚变的原理30-50分钟核反应在实际应用中50-70分钟核能的优缺点和前景70-80分钟教学总结八、教学资源•人教版高中物理选择性必修第三册（2019版）教材；•知识点PPT、视频、实验室设备。
九、教学评估1.课堂作业：整理笔记；2.实验报告：观看实验演示并进行实验报告；3.课后练习：课后练习题。
十、教学反思针对本次教学，可以从以下几个方面进行反思：1.教学资源的充分利用，是否能够更好地进行配合和协调；2.教学方法的灵活运用，是否能够更好地结合课堂实际进行调整；3.教学效果的评估和反馈，是否能够更好地进行激励和改进。
通过以上反思，可以更好地促进教学质量的提高，满足学生的需求和期望，实现教与学的双向发展。
5.4核裂变与核聚变〖教材分析〗前面已经学习了关于原子核方面的知识，已经有了一定的基础。
本节内容由核裂变、核聚变以及核能的利用三部分组成。
利用核能除了裂变，还可以利用聚变与热核反应，认识核能的和平利用能为人类造福。
在核裂变的三分裂和四分裂以及原子弹和氢弹的研制方面，可以介绍我国在这方面的成就，对学进行爱国主义教育。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量。
科学思维∶能够分清楚裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的。
科学探究：通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理学常用的方法一—推理法。
科学态度与责任∶通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情。
〖教学重难点〗教学重点：核裂变、核聚变。
教学难点：核裂变。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。
核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。
在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢?20世纪30年代，物理学家的一个重大发现改变了人类历史。
原子核在"分裂或聚合"时，会释放出惊人的能量。
二、新课教学（一）核裂变的发现1.裂变的概念奥地利物理学家迈特纳和弗里施进一步研究了这个过程，发现铀核被中子轰击后会复合成一种不稳定的同位素，形状也从原来的球型被拉长成这样。
核子间距离远了，核力迅速减小，不足以克服库仑斥力使原子核恢复原来的形状，所以最后原子核会分裂成两块质量差不多的碎块，同时放出中子。
弗里施觉得这个过程和细胞分裂挺像的，所以把这类核反应定名为核裂变。
即重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程，叫做核裂变。
n 3Kr Ba n U 108936144561023592++→+裂变的生成物是多种多样。
比如会裂为先和斯，也可能会裂变为钡和氪，同时放出一些中子。
在这个过程中原子的质量数以及核电荷数是守恒的。
2.链式反应以中子轰击铀235核的反应为例，过程中会再释放出三个中子。
问题：如果这三个中子再意外撞击了其它铀核，是不是又会引发新的核裂变？这些中子能与其他铀核继续反应，而且反应中新产生的中子还能继续撞击其他铀核，让反应不断的持续下去。
显然这样会产生越来越多的中子，裂变反应了的整体强度不断增大。
即把这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，称为核裂变的链式反应。
播放视频：模拟链式反应。
另外刚才这两种裂变都生成两个中等质量的核，所以称为二分裂。
相应的还会有三分裂和四分裂的现象，不过概率很低分。
我国科学家钱三强夫妇与1947年就测定了概率分时是3001和50001。
问题：按照链式反应原理，铀加中子就会有链式反应呢？链式反应的维持需要有一定的条件，那就是每一次裂变产生的中子，至少平均有一个能引发新的裂变，否则整个反应就会越来越弱，直到无法进行。
3.链式反应的条件①保证铀235的纯度因为在反应过程中释放出的中子可能有一部分在杂质吸收，这就会导致反应无法维持下去，因此在那减少裂变物质中的杂质。
对于天然的铀矿，使用前要先进行提纯。
②铀块的大小因为每一个原子所在的空间内，原子核只占很小的体积。
所以裂变产生的中子，很可能碰不到其他铀核直接飞出铀块，那就白瞎了。
因此要保证铀块体积足够大，这样这些中子有足够的概率打中其他铀核，从而让链式反应持续下去。
（动图展示）通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为临界体积，把相应的质量称为临界质量。
4.核裂变的标准煤铀核裂变时如果生成物不同，释放的能量也有差异。
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV 估算，1kg 铀235全部发生核裂变时放出的能量就相当于2800t 标准煤完全燃烧时释放的化学能。
拓展学习：原子弹视频播放我国第一颗原子弹爆炸。
学习了链式反应，如果让这个反应在人工控制下进行，那释放出的能量就可以被利用。
为此人们建立了核反应堆，也就是人工控制链式反应的装置。
（二）反应堆与核电站1.核反应堆①铀棒：浓缩铀作为燃料棒，铀棒越多，反应的速率就越快。
②镉棒：吸收中子，控制反应速率③慢化剂：使中子变为慢中子，易吸收（石墨，重水和轻水）④水泥防护层：防止辐射问题：核反应堆怎么用它发电？2.核电站看这个图，核反应堆释放的能量使反应池温度升高，那第一回路中那水温度也升高，然后利用这个热交换器把热量传给第二回路中的水，是它们变成高温高压的蒸汽，带动汽轮机运转，从而让发电机发电。
（三）核聚变1.核聚变的概念 对比的裂变可以看作是一个重核裂变成两个质量中等的原子核，同时放出能量。
MeV 200n 3Kr Ba n U 108936144561023592+++→+相反的，如果是两个轻核结合成一个质量较大的核，这种核反应咱称为核聚变。
举个例子，一个氘核与一个氚核聚变，会生成一个氦核与一个中子。
这个过程也会释放能量。
MeV 617n He H H 10423121.++→+问题：两种核反应谁放出的能量多呢？核聚变平均每个核子放出了MeV 5235617E ..==平均。
而裂变的只有0MeV 850236200E .==平均，所以是核聚变释放的能量更多。
即 ①轻核聚变产能效率高 ②燃料氘和氚储量丰富核聚变的材料更好找，更丰富，因为一升海水中就有大约0.03g 的氘，如果让他们发生聚变，放出的能量就相当于燃烧300升汽油，而海水的面积占了地球表面的2/3以上，核聚变的材料几乎是取之不尽用之不竭的。
③无废料，更安全、清洁因为产物都是稳定的氦和没有放射性，也不污染环境，相比于核裂变产生的核废料，简直不能更安全啦，所以说核聚变是一种解决能源问题的理想途径。
问题：既然优点这么多，为什么很少听说核聚变在生活中的应用呢？2.核聚变的条件核聚变应用的难度确实有点儿大，首先让氘核与氚核这样的轻核发生聚变，必须让他们核子间的距离接近10-15m 。
这样核力才能起作用，但这个过程需要克服核子间距大的库伦斥力，难度很大。
必须保证原子核有很大的动能才行。
办法：加热到几百万卡尔文温度越高分子的平均动能越大，只有加热到几百万摄氏度，才能让他们有足够的动能发生聚变，因此核聚变的反应又叫热核反应。
热核反应一旦发生，就不再要外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。
3.核聚变的例子①太阳的能量来自热核反应②用于制造氢弹（视频播放我国第一颗氢弹爆炸）4.可控核聚变的方案无论是氢弹还是太阳内的热核反应，都是不可控呢。
因为他们的温度太高了，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
这构成了实现可控核聚变的主要困难。
为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
课堂练习例1：下列说法中正确的是（）A.原子弹是利用核聚变反应B.氢弹是利用核裂变反应C.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核D.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235解析：原子弹是利用核裂变反应，氢弹是利用核聚变反应，铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样啊，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多。
铀中有杂质会吸收中子，使得裂变无法进行。
故选D。
例2：利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为（）A.它比较容易发生链式反应B.能自动裂变，与体积无关C.铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D.铀235 价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多解析：铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大，故选A。
例3：镉棒在核反应堆中所起的作用是（）A.使快中子变成慢中子B.使慢中子变成快中子C.使反应速度加快D.控制反应速度，调节反应速度的快慢解析∶在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用.镉棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，故选项D正确。
例4：太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地（）A.衰变反应B.人工核反应C.裂变反应D.热核反应解析：太阳的内部时刻都在进行着氢核的聚变，即热核反应。
故选D。
〖板书设计〗5.4核裂变与核聚变一、核裂变的发现1.裂变；重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程2.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程3.链式反应的条件：铀的纯度和铀块大小二、反应堆与核电站三、核聚变1.核聚变：两个轻核结合成一个质量较大的核2.核聚变的条件：加热到几百万卡尔文（热核反应）3.核聚变的例子：太阳、氢弹〖教学反思〗通过本堂课的学习，主要让学生知道核裂变与核聚变的概念，了解核能在当今社会生产生活中的应用。
另外本节内容比较抽象，教师注意引导，采取形象化的比喻来给学生总结、归纳，加强对知识的理解。
另外播放我国在原子弹和氢弹的研制上的记录视频，提升学生的爱国情怀和民族自信心。
