高中物理选修3-5教学设计2：19.6 核裂变教案.docx

高中物理选修3-5 PAGE PAGE 1 6 核裂变 ★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 能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性元素的衰变行吗？例如： U238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。 利用人工核转变行吗？例如： 但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？那么如何获得核能呢？重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。这节课我们学习核裂变。 重核裂变：核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。 二、重核裂变 1．铀核裂变的发现 1938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀的裂变。他们在用中子轰击铀核时其产物中发现了钡的放射性同位素，一个月后终于证实，铀核俘获一个中子后，发生了一个重核裂变成两个中等质量的核的反应过程——核裂变。 2．铀核裂变的产物 铀核裂变的产物是多种多样的，主要有： 氙（Xe）和锶(Sr)或钡（Ba）和氪（Kr）或锑（Sb）和铌（Nb）等，同时放出2—3个中子。典型的反应如下述核反应方程所示： 铀核裂变，一般分裂为两个中等质量的核，叫二分裂；也有三分裂、四分裂现象，我国物理学家钱三强和何泽慧夫妇于1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，但出现三分裂、四分裂现象的概率极低，约为二分裂的千分之三和万分之三。 铀核裂变时，释放出巨大的能量，如上述两种裂变中前者释放出141MeV的能量，后者释放出201MeV的能量。 在不同的反应中，铀核释放的能量不同，一般平均每个核子放出的能量约为1MeV，如果1kg铀235全部裂变，它放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。 3．链式反应 （1）概念：铀核裂变时，同时又释放出2—3个中子，如果这些中子再引起其他原子核的裂变，就可使裂变反应不断的自行进行下去，这种反应叫链式反应。 如图： （2）影响链式反应的因素 铀核的裂变反应的结果中，又释放出2—3个中子，这些中子又会引起其他原子核的裂变，形成链式反应，使裂变继续下去。当然维持链式反应是要有一定条件的，这个条件是，每次裂变产生的中子，至少平均有一个能再度引起裂变反应。 A．铀235的纯度 核裂变中放出的中子，有的可能被杂质吸收，为维持链式反应要减少裂变物质中的杂质。 B．铀核的体积 核裂变中放出的中子，可能由于铀核的体积不够大，有可能穿出裂变物质体外，因而不能引起新的裂变发生。为维持链式反应要增大裂变物质的体积。 能够发生链式反应的铀块的最小体积，叫做临界体积；跟临界体积相对应的质量叫临界质量。纯U235球形的直径约4.8cm就达到了临界体积，其临界质量大约1kg左右。（核反应堆由于堆形不同，临界质量可以从几千克到几百千克） 4．重核裂变的应用 （1）原子弹 （2）反应堆 利用核能发电的核心设施是核反应堆。核反应堆是用人工控制链式反应的装置，用人工方法控制链式反应速度的原理如P75图22—15所示。 A．铀棒。由浓缩铀制成，作为核燃料。 B．减速剂：常用的减速剂有石墨、重水等，使裂变中产生的快中子（能量在0.1-20MeV，平均约为2MeV）减速为慢中子（能量约为 MeV），因为铀235裂变需要的是慢中子，只有通过减速，才能维持链式反应的进行。 C．控制棒：用镉制成，镉吸收中子的能力很强，调节镉棒插入的深度，改变吸收中子的数量，达到控制链式反应速度的目的。 D．冷却剂，常用水，液体钠等，在反应堆内外循环流动，把反应堆产生的热能传出去用以发电，同时降温，保证反应堆