人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.4核裂變與核聚變〖教學(xué)目標(biāo)〗一、知識與技能1．知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量。2．知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。3．了解核聚變的特點(diǎn)及其條件。4．了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展。二、過程與方法1．通過對核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系的理解，培養(yǎng)邏輯推理能力及應(yīng)用教學(xué)圖像處理物理問題的能力。2．通過自己閱讀課本，查閱資料，培養(yǎng)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(jià)值觀1．激發(fā)熱愛科學(xué)、探求真理的激情，樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)基本的科學(xué)素養(yǎng)，通過核能的利用，思考科學(xué)與社會的關(guān)系。2．認(rèn)識到和平利用核能及開發(fā)新能源的重要性。3．確立世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點(diǎn)?！冀虒W(xué)重點(diǎn)〗1．重核裂變的核反應(yīng)方程式的書寫。2．核聚變的特點(diǎn)和條件?！冀虒W(xué)難點(diǎn)〗核聚變的特點(diǎn)和條件?！冀虒W(xué)過程〗一、新課導(dǎo)入較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢?二、新課學(xué)習(xí)如圖所示為重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。問題：(1)什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？(2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的臨界體積指什么？〖提*示〗：(1)重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(2)能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫臨界質(zhì)量。一、核裂變1．核裂變的發(fā)現(xiàn)(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。2．反應(yīng)堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為核反應(yīng)堆。(2)慢化劑反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收中子的能力很強(qiáng)，反應(yīng)過于激烈時(shí)，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應(yīng)用。秦山核電站二、核聚變據(jù)報(bào)道，中科院離子物理所經(jīng)過八年的艱苦奮斗努力，終于率先建成了世界上第一個(gè)全超導(dǎo)的托克馬克試驗(yàn)裝置并調(diào)試成功。這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態(tài)的核子發(fā)生聚變并穩(wěn)定持續(xù)地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源。1．定義兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達(dá)到10－15m以內(nèi)。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應(yīng)。4．優(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高。(2)地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。〖練習(xí)鞏固〗1．關(guān)于重核的裂變，以下說法中正確的是（）A．鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，同時(shí)放出幾個(gè)中子B．鈾235被中子轟擊后二者都會發(fā)生分裂C．要使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其體積必須足夠大D．鈾235分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，比結(jié)合能減小，放出核能〖答案〗C2．現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于（）A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學(xué)反應(yīng)放出的能量〖答案〗C3．關(guān)于核聚變，以下說法正確的是（）A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站C．要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10-10m以內(nèi)，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易控制〖答案〗A4．關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是（）A．一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B．聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定大C．聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D．聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量變大〖答案〗B5．我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1000s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平。合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2QUOTE的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是（）A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)QUOTE23He23HeB．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)QUOTE23He23HeC．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)QUOTE23He23He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）cD．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)QUOTE23He23He所釋放的核能為（2m1－m3－m2）c〖答案〗BD6．在某些恒星內(nèi)，3個(gè)QUOTE偽偽粒子結(jié)合成一個(gè)C，C原子的質(zhì)量是12.0000u，He原子的質(zhì)量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相當(dāng)于931.5MeV，則（