5.4核裂变与核聚变 教案-(2019)新人教版高中物理选择性必修第三册.docx
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1、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
2、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
3、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。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
4、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和。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
5、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。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
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