高中物理选修3-5教学设计2：19.7 核聚变教案.docx

高中物理选修3-5 PAGE PAGE 1 7 核聚变 ★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。 ★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。这节课我们学习轻核的聚变。 轻核聚变：核物理中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。 三、轻核聚变 学生阅读课文，并回答下列问题： （1）是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？ （2）什么叫轻核的聚变？ （3）发生轻核聚变的条件是什么？ 结合裂变知识，引导学生回答问题：不是任意核聚变在一起都能释放能量。由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量。 1．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变。 常见的聚变反应有： 2．发生聚变的条件 要使轻核发生聚变，必须使它们核子间的距离接近到m，由于原子核都是带正电的，要使他们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子核有很大的动能。 怎样才能使轻核获得足够大的动能来产生聚变呢？ 方法之一：就是将物质加热。温度越高，分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大。当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服原子核间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变。因此，聚变反应又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 根据你所知道的，还能通过什么方法实现核聚变？ 日英开发出激光核聚变新方法，有关论文发表在近日出版的英国《自然》杂志上。有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变，但是未经证实。 3．聚变反应的特点 （1）和裂变相比，聚变反应释放的能量更多 例如，一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是： 给出数据，让学生计算该核反应释放的能量。 氘核的质量：mD=2.014 102u 氚核的质量：mT=3.016 050u 氦核的质量：mα=4.002 603u 中子的质量：mn=1.008 665u 1u=1.660 6×10－27kg，e=1.602 2×10－19C 根据质能方程，释放出的能量 △E=△m·c2 ＝17.6 MeV 平均每个核子放出的能量约为3.3 MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1 MeV。 （2）聚变材料丰富 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。 常见的聚变反应： 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，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。 （3）安全、无污染 聚变产物基本上是稳定的氦核，没有放射性，不污染周围环境。而常规裂变反应堆会产生寿命长、放射性较强的核废料，容易引起环境污染。 可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源的途径。通过阅读课本和大家查找的资料了解目前对聚变能的应用情况。 四、热核反应的应用 1．聚变能的应用 （1）太阳能。热核反应在宇宙中是很普通的。太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，就满足热核反应的条件。太阳内部的氢核在极高温下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J。地球只接收了其中的二十亿分之一左右。对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和