教案534~5~6原子核的结合能核裂变核聚变

第4节 原子核的结合能(对应学生用书页码P42)一、原子核的结合能及计算1．结合能 核子结合成原子核所释放的能量，或者是原子核被拆分为各核子时克服核力所需做的功。

2．结合能的计算 (1)质量亏损：核反应中，质量的减少量(Δm )。

(2)结合能计算公式：ΔE ＝Δmc 2。

二、比结合能曲线1．比结合能对某种原子核，平均每个核子的结合能，表达式为ΔE A，其中ΔE 为原子核的结合能，A 为总核子数。

2．比结合能意义比结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度。

3．比结合能曲线(1)曲线：(如图3­4­1)所示。

图3­4­1(2)曲线意义：①曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的比结合能最大，核最稳定。

②重核和轻核比结合能小，即重核裂变时或轻核聚变时，要释放核能。

1．判断：(1)自然界中的原子核内，质子数与中子数都大约相等。

( )(2)比结合能越大的原子核越稳定。

( )(3)质量和能量之间可以相互转变。

( )答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对。

在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化。

(对应学生用书页码P42)对结合能与比结合能的理解1.结合能要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量。

2．比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度。

3．比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图3­4­2所示。

图3­4­2从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小。

4．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。

《核裂变和核聚变》--教学设计进行新课核裂变1.核裂变重原子核(原子量M＞200)受到中子的轰击分裂成两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为重核的裂变．课件展示形象图片加深学生的理解2、铀核的裂变（1）发现：1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，同时能释放出200MeV的能量。

（2）裂变产物(多种多样)补充物理学史：知道中国在这方面的贡献引导学生思考并讨论：1kg铀全部裂变，它放出的能量？答：超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量．1.学出计算铀裂变时释放的能量已知铀核裂变的反应：M u=390.3139⨯10-27KgM n=1.6749⨯10-27KgM ba=234.0016⨯10-27KgM kr=152.6047⨯10-27Kg求：（1）该核反应释放的能量（2）平均每个核子释放的能量2．在教师的启发下分析、思考并讨论：1kg铀全部裂变，它放出的能量有多大？3．结合阅读提纲阅读课本内容，和同学讨论交流。

4．尝试自己归纳知识点。

师生互动投影和平利用核能的隐患：1.1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆炸。

人为造成三道安全措施无效2.1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故，由于多重安全系统发挥作用，后果不严重3. 2011年3月12日福岛第一核电站发生放射性物质泄露，事故定为最高级7级。

核聚变1．轻核的聚变（热核反应）某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。

2.如何能使轻核发生聚变①必须让轻核的距离非常接近②必须让轻核具有很大的动能3．聚变与裂变相比的优点：（1）轻核聚变产能效率高（2）地球上聚变燃料的储量丰富（3）轻核聚变更安全、清洁（4）反应中放射物质的处理较易4．实现核聚变的难点：（1）热核反应的的点火温度很高；（2）如何约束聚变所需的燃料；1．尽可能通过阅读课本，查阅资料充分了解聚变知识。

第五节裂变和聚变对应学生用书页码P571．两个轻核聚合成一个较重核的反应叫核聚变，较重的核分裂成两个较轻核的反应叫核裂变。

2．一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做链式反应。

3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好是利用纯铀235；铀块的体积必须大于其临界体积。

如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，链式反应就不会发生。

4．要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够的动能，就要给核力加热，使物质达到几百万度以上的高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度。

因此这种反应又叫做热核反应。

5．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应。

6．太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应。

对应学生用书页码P57核裂变与链式反应1.核裂变(1)概念：较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，这种核反应叫做核裂变。

(2)铀核裂变分析：①核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。

②核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。

③能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。

一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量。

(3)铀235和铀238的比较在天然铀中，99.3%的是238 92U,0.7%的是235 92U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同。

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。

2020高中物理核聚变教案大全核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。

接下来是小编为大家整理的2020高中物理核聚变教案大全，希望大家喜欢!2020高中物理核聚变教案大全一新课标要求(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，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。

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。

聚变反应的条件。

教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

课时安排1 课时教学过程(一)引入新课复习提问1：利用核能的两大途径分别是什么?☆学生：轻核的聚变核重核的裂变。

复习提问2：利用重核裂变获取核能时，有哪些不利因素?☆学生：燃料利用率低，废料处理存在隐患。

复习提问3：什么是核子平均质量?从核子平均质量曲线可以看出，最大效能利用核能的途径是什么?☆学生：原子核的质量除以核子总数;轻核聚变。

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7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.学生：学生认真仔细地听课点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。

(二)进行新课1.聚变及其条件提问：请同学们阅读课本第一段，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。

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。

核裂变与核聚变【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。

3．了解核聚变的特点及其条件。

4．了解可控热核反应及其研究和发展。

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，查阅资料，培养学生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．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】1．重核裂变的核反应方程式的书写。

2．核聚变的特点和条件。

【教学难点】核聚变的特点和条件。

【教学过程】一、复习提问、新课导入教师：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，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。

大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。

我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

播放视频，展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。

学生：观看原子弹爆炸的过程，并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。

点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。

二、新课教学（一）核裂变的发现1934年，约里奥·居里夫妇发现??粒子轰击铝片首次制造出人工放射性同位素。

费米得知后，想到用中子作为入射粒子比??粒子有效得多。

费米与其合作者使用中子按照周期表的顺序依次轰击各种元素，辐照了有68种元素，其中47种产生新的放射性产物。

原子原子核·原子核的结合能·教案一、教学目标1．物理知识方面的要求．(1)了解核力的基本特点．(2)理解原子核的结合能概念．(3)掌握质能联系方程．2．物理思想方面的教育．人类从利用燃料的化学能到掌握利用原子核能的过程，反映了人类对物质世界的认识不断深化的过程．二、重点、难点分析1．质能联系方程．2．质量转化为能量是一种误解．三、主要教学过程(一)引入新课原子核是原子中体积很小但却集中了几乎原子全部质量的带正电的中心体，原子核的半径的数量级为10-15m．在极小的原子核中，存在着Z个质子，(A-Z)个中子．不难根据万有引力定律和库仑定律计算出原子核中的两个质子之间的万有引力与库仑力的比值，这一比值约为10-38！在巨大的库仑斥力作用下，通常的原子核却是异常稳定的．这说明在原子核中，除了质子之间的库仑斥力外，还应存在另一种力，它把核子紧密地联系在一起．(二)教学过程设计1．核力．这种能够把核中的各种核子联系在一起的更为强大的力叫做核力．尽管人们对核力的研究有了重大进展，但对揭示核力的本质还相去甚远，许多问题有待进一步研究．核力具有以下的一些特点：(1)短程性．它只在10-15m内作用．当在2×10-15～3×10-15m区域的表现为一种很弱的吸引力．当在0.3×10-15～2×10-15m区域内表现为很强的吸引力，其强度比库仑力大两个数量级．正是这种强大的吸引力，使原子核中的质量不致因相互排斥而散开．当两个核子之间的距离小于0.3×10-15m时，将受很强的斥力，它保证了原子核不致坍缩．(2)饱和性．核子的半径约为0.8×10-15m，由于上述核力的短程性可以看出，每个核子只与它相邻的核子有作用力，而不是与核中的所有核子都有作用力．(3)电荷的无关性．即核中的核子，不论是质子与质子，中子与中子，质子与中子，它们之间的核力是一样的．2．结合能．由于原子核中的核子之间存在着强大的核力，使原子核组成一个十分坚固的集合体．如果把原子核拆成自由核子，需要克服强大的核力做十分巨大的功，或说需要巨大的能量．氘核是一个结构较为简单的原子核，实验表明，可用γ光子使氘核分解为1个质子和1个中子，这时的核反应方程是：入射的光子的能量至少是2.22MeV．对于相反的过程，当1个质子和1个中子结合成1个氘核时，要放出2.22MeV的能量．这一能量以γ光子的形式辐射出去．可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．当然，2.22MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍．3．质能联系方程．如何求出原子核的结合能呢？伟大的物理学家爱因斯坦从相对论得出质量和能量之间存在如下的关系：E=mc2．这个方程叫做爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程，式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量．该方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的、质量为1kg的物体所具有的能量为9×1016J，这一能量相当于一个100万kW的发电厂三年的发电量．对此，爱因斯坦曾说过：“把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏，看来要自然得多．”物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δ的关系．ΔE=Δmc2．问题是；为了获得能量ΔE，怎样产生相应的Δm，当自由核子组成原子核时，要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小．4．质量亏损．我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损．如果可以知道核的质量亏损，就可以根据质能方程，计算出原子核的结合能．例如，氦核是由2个质子和2个中子组成的．1个质子的质量m p=1.007277u，1个中子的质量m n=1.008665u．这四个核子的质量为4.031884u，但氦核的质量为4.001509u．这里u表示原子质量单位，1u=1.660566×10-27kg．由上述数值，可以求出氦核的质量亏损Δm=4.031884-4.001509=0.030375u．在原子核物理学中，核子与核的质量通常都是用原子质量单位表示，而核的结合能通常用兆电子伏表示．按质能方程可以求出1u=931.5 MeV，所以氦核的结合能为0.030375×931.5=28.3 MeV．练习(由学生自己完成)：氘核的质量为2.013553u，由此计算氘核的结合能．解：m n=1.008665u，m p=1.007277u．中子和质子的质量和：2.015941u．质量亏损Δm=2.015941u-2.013553u=0.002388u．氘核的结合能ΔE=Δmc2=0.002388×931.5=2.22 MeV．5．正确认识质量亏损．在谈到结合能和质量亏损时，有的学生误认为，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中，是质量变成能量．这是对质能方程的一种误解．按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大．物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关系．当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显．上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静质量．质量亏损，是静质量发生了变化，但在这一过程中，2.22 MeV的能量是以辐射光子形式放出的．光子的静质量为零，但这个光子的运动质量为：光子的能量/c2．由此可见，当计算进光子的质量后，虽说反应前后发生了质量亏损，这部分亏损，与光子的运动质量是相同的．反应前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部分质量消失．当然，也就不存在质量转变成能量的问题．(三)课堂小结自然界中物体的质量和能量间存在着一定关系：E=mc2，可见物质世界贮藏着巨大能量．问题是，如何使贮藏的能量释放出来．人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能．在发生化学反应时，是原子外层电子的得失．这种情况下，人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”．在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量．这里的变化，属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能．由前述二例可以看出，核反应中的质量亏损仍然是十分有限的．换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的．迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分．如果，人类在探索中，能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量．(四)作业《高中物理读本》第三册p．3321～2．四、教学说明1．大多数的原子核是十分稳定的，这充分反映了核力此时体现为强大的引力．此点不能讲得太过分，否则在强大的核力作用下，原子核虽不会散裂，但有可能坍缩．因而，对核力的短程性，略作了些补充．2．在讲解“正确认识质量亏损”这部分内容时，需根据学生的可接受性，适当把握讲课的深度．3．本节的中心内容是质能方程．现简介一下该公式的推导过程，供老师们参考．按照相对论质量公式．动量可表示为由动能定理如果质量的速度由0增加到v，获得的总动能爱因斯坦认识到物体的惯性大小，即质量大小是与能量有关的，只相差一个常量因子c2．于是爱因斯坦给出了著名的质能方程E=mc2．前式可写为mc2=E K+m0c2．式中m0c2称作物体的静止能量，简称静能．mc2称作物体的总能理．因此，上式可说成是物体的总能量为物体的动能与静能之和．。