高中物理第十九章7核聚變教案新人教版選修

1、核聚變新課標(biāo)要求（一）學(xué)問與技能 1明白聚變反應(yīng)的特點及其條件 .2明白可控?zé)岷朔磻?yīng)及其爭論和進(jìn)展 . 放出很多的能量 , 假如能加以掌握將為人類供應(yīng)寬闊的能源前景；3知道輕核的聚變能夠釋（二）過程與方法 通過讓同學(xué)自己閱讀課本,培育他們歸納與概括學(xué)問的才能和提出問題的才能（三）情感、態(tài)度與價值觀 1通過學(xué)習(xí),使同學(xué)進(jìn)一步熟悉導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性,更加喜愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)；2熟悉核能的和平利用能為人類造福,但如用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難,期望同學(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；教學(xué)難點 聚變反應(yīng)的條件；教學(xué)方法 老師啟示、引導(dǎo),同學(xué)爭論、

2、溝通；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；課時支配 1 課時教學(xué)過程（一）引入新課 老師： 1967 年 6 月 17 日,我國第一顆氫彈爆炸勝利；從第一顆原子彈爆炸勝利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 變來實現(xiàn)的；這節(jié)課我們就來爭論聚變的問題 . 同學(xué)：同學(xué)認(rèn)真認(rèn)真地聽課 點評：通過介紹我國第一氫彈爆炸,激發(fā)同學(xué)們的愛國熱忱；（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？同學(xué)認(rèn)真閱讀課文7 年；氫彈爆炸釋放核能是通過輕核的聚同學(xué)回答：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

3、一：核聚變進(jìn)展的歷史進(jìn)程1提問：請同學(xué)們再看看比結(jié)合能曲線（圖 變反應(yīng)釋放更多的核能？讓同學(xué)明白聚變的進(jìn)展歷史進(jìn)程；同學(xué)摸索并分組爭論、歸納總結(jié)；19.5-3 ）,想一想為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂同學(xué)回答：由于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：同學(xué)閱讀課本,回答疑題,有助于培育同學(xué)的自學(xué)才能；老師歸納補充：（1）氫的聚變反應(yīng)：21H+21H31He+11H+4 MeV、21H+31H42He+10n+17.6 MeV（2）釋放能量： E mc217.6 MeV ,平均每個核子釋放能量 量的

4、34 倍3 MeV 以上,約為裂變反應(yīng)釋放能提問：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？同學(xué)閱讀教材,分析摸索、歸納總結(jié)并分組爭論；得出結(jié)論微觀上：參加反應(yīng)的原子核必需接近到原子核大小的尺寸范疇,即10-15 m,要使原子核接近到這種程度,必需使它們具有很大的動能以克服原子核之間龐大的庫侖斥力；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；點評：從宏觀和微觀兩個角度來考慮核聚變的條件,有助于加深懂得；老師說 強調(diào)：聚變反應(yīng)一旦發(fā)生,就不再需要外界給它能量,靠自身產(chǎn)生的熱就可以維護反應(yīng)連續(xù) 進(jìn)行下去,在短時間釋放龐大的能量,這就是聚變引起的核爆炸；老師補充說

5、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) 107 K 以上,因而在那 里進(jìn)行著猛烈的熱核反應(yīng),不斷向外界釋放著龐大的能量；太陽每秒釋放的能量約為 3.8 1026 J ,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加碰撞,轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)是400 萬噸；科學(xué)家估量,太陽的這種“ 核燃燒” 仍能維護90億100 億年；當(dāng)然,與人類歷史相比,這個時間很長很長！老師：期望同學(xué)們課后查閱資料,明白更多的太陽能有關(guān)方面的學(xué)問及其應(yīng)用；（2） 上世紀(jì)四十歲月,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

6、應(yīng)制造的一 種在規(guī)模殺傷武器,在其中進(jìn)行的是不行控?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？同學(xué)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一般炸藥來點燃；老師點撥錄像氫彈的構(gòu)造簡介及其爆炸情形；依據(jù)你收集的資料,仍能通過什么方法實現(xiàn)核聚變？同學(xué)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：同學(xué)自學(xué)看書,自己歸納總結(jié),有助于培育同學(xué)分析問題、解決問題的才能,逐步提高同學(xué)的歸納總結(jié)才能；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?nèi)圆荒苷莆蘸司圩兊乃?/p>

7、度,但科學(xué)家們正在努力爭論和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng),以使核 聚變造福于人類；我國在這方面的爭論和試驗也處于世界領(lǐng)先水平；請同學(xué)們自學(xué)教材,明白聚變與 裂變相比有哪些優(yōu)點？投影材料二 2 ：可控?zé)岷朔磻?yīng)進(jìn)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21H+31H42He+10n,其中氘核的質(zhì)量：mD=2.014 102 u 、氚核的質(zhì)量：mT=3.016 050 u 、氦核的質(zhì)量：m =4.002 603 u、中子的質(zhì)量：mn=1.008 665 u 、1u=1.660 6 10 -27kg ,e = 1.602 2 的能量；同學(xué)運算：依據(jù)質(zhì)能方程,釋放出的能量為： 10 -19C,請同學(xué)們求

8、出該核反應(yīng)所釋放出來E2 mcm Dm Tmm n c2.0 01861 . 66061027 38 102eV17 . 6MeV1 . 60221019老師點拔：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；老師點拔：常見的聚變反應(yīng)：21H+21H31He+11H+4MeV21H+31H42He+10n+17.6 MeV；在這兩個反應(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,在掩蓋地球表面三分之二的海水中是

9、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；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,假如發(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,一旦顯現(xiàn)故障,高溫不能維護,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,簡單處理；（2）我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的爭論和試驗進(jìn)展情形；EAST 全超導(dǎo)托卡馬克試驗裝置以探究無限而清潔的核聚

10、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供應(yīng)無限清潔的能源；目前,由中科院等離子體物理爭論所設(shè)計制造 的 EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克試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)家就領(lǐng)先建成了世界上第一個全超導(dǎo)核聚變“ 人造太陽” 試驗裝置,模擬太陽產(chǎn)生能量；點評：通過明白我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的成就,激發(fā)同學(xué)的愛國熱忱和獻(xiàn)身科學(xué)的才能；（三）課堂小結(jié) 本節(jié)主要爭論了聚變核反應(yīng)的特點和條件,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) 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.

11、 可控?zé)岷朔磻?yīng)的爭論和試驗將為人類和平利本節(jié)課雖然教學(xué)要求不高,但卻是開展中學(xué)科技訓(xùn)練活動的生動內(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：“ 科學(xué)結(jié)論幾乎是以完成的形式顯現(xiàn)在讀者面前,讀者同學(xué)體驗不到探究和發(fā)覺的歡樂,感覺不到思想形成的生動過程也很難達(dá)到清晰地說明全部過 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)家的腳印,剖析科學(xué)家的思維,領(lǐng)會科學(xué)家的制造；激發(fā)同學(xué)們的愛好,培育同學(xué) 們的才能,陶冶同學(xué)們的情操；附：1 投影材料一時間人物大事20 歲月阿斯頓指出：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很多1920 年愛丁頓推測：太陽的能量來自亞原子粒子的相互作用1926 年愛丁頓指出：太陽總體積具有2022 萬度的高溫順極高的密度；1929 年羅素指出：太陽總體積的60是氫氣,假如太陽的能量真是依靠核反應(yīng)的話,那么這種核反應(yīng)只能是氫氣的聚變；1938 年貝 特證明：太陽的能量的確是靠氫氣的聚變來維護的；2 投影材料二大事人物大事1933 年科學(xué)家