2019 2020年高二物理核聚變教學(xué)設(shè)計教案

1、 1 / 9 2019-2020年高二物理核聚變教學(xué)設(shè)計教案 新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1了解聚變反應(yīng)的特點及其條件. 2了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展. 3知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。 （二）過程與方法 通過讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性，更加熱愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)。 2認(rèn)識核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。 教學(xué)重點 聚變核反應(yīng)的特點。 聚

2、變反應(yīng)的條件。 教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具： 多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。 2 / 9 課時安排 1課時 教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國僅用了兩年零八個月。前蘇聯(lián)用了四年，美國用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過輕核的聚變來實現(xiàn)的。這節(jié)課我們就來研究聚變的問題. 學(xué)生：學(xué)生認(rèn)真仔細(xì)地聽課 點評：通過介紹我國第一氫彈爆炸，激發(fā)同學(xué)們的愛國熱情。（二）進(jìn)行新課 1聚變及其條件 提問：請同學(xué)們閱讀課本第一段，回答什么叫輕核的聚變？ 學(xué)生仔細(xì)閱讀課文 學(xué)生回答：

3、兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的反應(yīng)叫做聚變。 投影材料一：核聚變發(fā)展的歷史進(jìn)程 夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能？ 讓學(xué)生了解聚變的發(fā)展歷史進(jìn)程。 學(xué)生思考并分組討論、歸納總結(jié)。 學(xué)生回答：因為較輕的原子核比較重的原子核核子的平均質(zhì)量更大，聚變成質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損，所以平均每個核子釋放的能量就更大 點評：學(xué)生閱讀課本，回答問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。 3 / 9 教師歸納補充： （1）氫的聚變反應(yīng)： 2231 1H+ 1H 1He+ 1H+4 MeV、 2341 1H+ 1H 2He+ 0n+17.6 MeV1 提問：請同學(xué)們再看看比結(jié)合能曲線（圖19.5-3），想一

4、想為什么輕核的聚變反應(yīng)能（2）釋放能量：Emc217.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應(yīng)釋放能量的34倍 提問：請同學(xué)們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件？ 學(xué)生閱讀教材，分析思考、歸納總結(jié)并分組討論。 得出結(jié)論 微觀上：參與反應(yīng)的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。 宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。 4 / 9 點評：從宏觀和微觀兩個角度來考慮核聚變的條件，有助于加深理解。 教師說強調(diào)：聚變反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量

5、，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。 教師補充說明： （1）熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)107K以上，因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有億噸原子核參與碰撞，轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)是400萬噸?？茖W(xué)家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億100億年。當(dāng)然，與人類歷史相比，這個時間很長很長！ 教師：希望同學(xué)們課后查閱資料，了解更多的太陽能有關(guān)方面的知識及其

6、應(yīng)用。 （2）上世紀(jì)四十年代，人們利用核聚變反應(yīng)制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，氫彈是利用熱核反應(yīng)制造的一種在規(guī)模殺傷武器，在其中進(jìn)行的是不可控?zé)岷朔磻?yīng)，它的威力是原子彈的十幾倍。 提問：氫彈爆炸原理是什么？ 學(xué)生閱讀教材：課本圖19.7-1是氫彈原理圖，它需要用原子炸藥來引爆，以獲得熱核反應(yīng)所需要的高溫，而這些原子炸藥又要用普通炸藥來點燃。 教師點撥 錄像氫彈的構(gòu)造簡介及其爆炸情況。 根據(jù)你收集的資料，還能通過什么方法實現(xiàn)核聚變？ 學(xué)生回答：日英開發(fā)出激光核聚變新方法、有人提出利用電解重水的方法實現(xiàn)低溫核聚變。 點評：學(xué)生自學(xué)看書，自己歸納總結(jié)， 5 / 9 有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，逐

7、步提高學(xué)生的歸納總結(jié)能力。 2可控?zé)岷朔磻?yīng) （1）聚變與裂變相比有很多優(yōu)點 提問：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學(xué)家們正在努力研究和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng)，以使核聚變造福于人類。我國在這方面的研究和實驗也處于世界領(lǐng)先水平。 請同學(xué)們自學(xué)教材，了解聚變與裂變相比有哪些優(yōu)點？ 投影材料二2：可控?zé)岷朔磻?yīng)發(fā)展進(jìn)程 例：一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是2341 1H+ 1H 2He+ 0n，其中氘核的質(zhì)量：m D=2.014 102 u、氚核的質(zhì)量：m T=3.016 050 u、氦核的質(zhì)量：m =4.002 603 u、中子的質(zhì)量：m n=1.008 665 u、1u=1.660 6&#

8、215;10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，請同學(xué)們求出該核反應(yīng)所釋放出來的能量。 學(xué)生計算： 根據(jù)質(zhì)能方程，釋放出的能量為： 0.01861.66061027(3108)2 6 / 9 Emc(m Dm Tm m n)ceV17.6MeV 19 1.602210 22 教師點拔：平均每個核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時平均每個核子釋放的能量約為1MeV。 總結(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之一，即輕核聚變產(chǎn)能效率高。 教師點拔：常見的聚變反應(yīng)：2 1H+2 1H3 1He+1 1H+4MeV、2 1H+3 1H4 2He+1 0n+17.6MeV。在這兩個

9、反應(yīng)中，前一反應(yīng)的材料是氘，后一反應(yīng)的材料是氘和氚，而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物，所以氘是實現(xiàn)這兩個反應(yīng)的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個意義上講，輕核聚變是能源危機的終結(jié)者。 7 / 9 總結(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之二，即地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。如1L海水中大約有0.03g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油。 聚變與裂變相比，優(yōu)點之三，是輕核聚變反應(yīng)更為安全、清潔。 實現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動終止了。另外，氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質(zhì)子與

10、其他物質(zhì)反應(yīng)而生成的放射性物質(zhì)，比裂就所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。 （2）我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實驗發(fā)展情況。 EAST全超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設(shè)計制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進(jìn)入抽真空降溫試驗階段。我國的科學(xué)家就率先建成了世界上第一個全超導(dǎo)核聚變“人造太陽”實驗裝置，模擬太陽產(chǎn)生能量。 點評：通過了解我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的成就，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和獻(xiàn)身科學(xué)的能力。 （三）課堂小結(jié) 本節(jié)主要研究了聚變核反應(yīng)的特

11、點和條件，聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量，但它發(fā)生的條件是要達(dá)到幾百萬度的高溫，因而聚變反應(yīng)也叫熱核反應(yīng).可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實驗將為人類和平利用核能開發(fā)新的途徑。 （四）作業(yè)： 完成課后練習(xí) 教學(xué)體會 本節(jié)課雖然教學(xué)要求不高，但卻是開展中學(xué)科技教育活動的生動內(nèi)容。然而課本的編寫，卻限于篇幅等因素的影響，存在正如愛因斯坦所說的問題：“科 8 / 9 學(xué)結(jié)論幾乎是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前，讀者學(xué)生體驗不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程也很難達(dá)到清楚地解釋全部過程?！?在課堂教學(xué)過程中，結(jié)合內(nèi)容的講授，以史為鑒，雖著墨不多，卻寓意深遠(yuǎn)，本材料正是以此為設(shè)計思想的：沿著科學(xué)家的足

12、跡，剖析科學(xué)家的思維，領(lǐng)略科學(xué)家的創(chuàng)造；激發(fā)同學(xué)們的興趣，培養(yǎng)同學(xué)們的能力，陶冶同學(xué)們的情操。 附： 1投影材料一 時間人物 20年代阿斯頓 1920年愛丁頓 1926年愛丁頓 1929年羅素 1938年貝特 2投影材料二 事件人物 1933年科學(xué)家們 1934年盧瑟福 1942年特勒 1944年費米 1945年美國事件 9 / 9 指出：中等大小的原子核結(jié)合最緊密，核裂變或輕核聚變都會放出能量，核聚變放出的能量比裂變大許多 猜測：太陽的能量來自亞原子粒子的相互作用 指出：太陽總體積具有2000萬度的高溫和極高的密度。 指出：太陽總體積的60是氫氣，如果太陽的能量真是依靠核反應(yīng)的話，那么這種核反應(yīng)只