-1-7.4裂變與聚變教學(xué)設(shè)計-2025-2026學(xué)年高中物理滬教版2019選擇性必修第三冊-滬教版2019教學(xué)設(shè)計課題課型新授課√□章/單元復(fù)習(xí)課□專題復(fù)習(xí)課□習(xí)題/試卷講評課□學(xué)科實踐活動課□其他□設(shè)計意圖本節(jié)課旨在通過裂變與聚變現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解原子核反應(yīng)的基本原理，掌握裂變與聚變的基本概念和過程，培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)原子核物理打下基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，通過分析原子核反應(yīng)過程中的能量變化和守恒定律，提高邏輯推理能力；培養(yǎng)科學(xué)探究精神，通過實驗探究裂變與聚變現(xiàn)象，增強實證意識；培養(yǎng)社會責(zé)任感，認識核能的應(yīng)用及其對環(huán)境和人類的影響，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)技術(shù)對社會的影響。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了相關(guān)知識：學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)接觸了原子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識，包括原子核的組成、核力的性質(zhì)、放射性衰變等概念。他們應(yīng)該能夠理解原子核結(jié)構(gòu)的基本模型，以及質(zhì)能關(guān)系和核反應(yīng)方程的基本形式。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對物理學(xué)的興趣因人而異，但通常對核能和原子能的應(yīng)用表現(xiàn)出較高的興趣。學(xué)生具備較強的邏輯思維和抽象思維能力，適合通過理論學(xué)習(xí)和實驗探究相結(jié)合的方式進行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)風(fēng)格方面，部分學(xué)生可能更偏向于視覺學(xué)習(xí)，通過圖表和模型來理解復(fù)雜概念；而另一部分學(xué)生則可能更傾向于實踐操作，通過實驗來驗證理論。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在學(xué)習(xí)裂變與聚變時可能遇到的概念理解困難，如質(zhì)能方程的應(yīng)用、中子捕獲過程的理解等。此外，實驗操作技能不足可能導(dǎo)致實驗結(jié)果的不準(zhǔn)確，影響學(xué)生對實驗現(xiàn)象的深入理解。此外，學(xué)生對核能應(yīng)用中的安全性、環(huán)境影響和社會責(zé)任等方面的認識可能不足，需要通過討論和案例教學(xué)來加強。教學(xué)方法與策略1.采用講授與討論相結(jié)合的方法，通過講解核裂變和核聚變的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生思考核反應(yīng)的能量釋放機制。

2.設(shè)計角色扮演活動，讓學(xué)生扮演物理學(xué)家，模擬核反應(yīng)實驗過程，增強學(xué)生對實驗現(xiàn)象的理解。

3.利用多媒體教學(xué)，展示核反應(yīng)的動畫和視頻，幫助學(xué)生直觀理解核裂變和核聚變的微觀過程。

4.安排實驗操作，讓學(xué)生親手操作核反應(yīng)模擬裝置，體驗核能釋放的過程，提升實踐操作能力。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（教師）同學(xué)們，今天我們來學(xué)習(xí)一個非常重要的物理現(xiàn)象——裂變與聚變。在上一節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了原子核的基本知識，今天我們將進一步探討原子核內(nèi)部發(fā)生的變化，以及這些變化如何釋放出巨大的能量。

（學(xué)生）好的，老師，我們準(zhǔn)備好了。

二、新課講授

1.裂變現(xiàn)象

（教師）首先，我們來了解一下裂變。裂變是指重核分裂成兩個或多個較輕的核的過程。這個過程會釋放出大量的能量。請同學(xué)們回憶一下，我們之前學(xué)過的核反應(yīng)方程，它們是如何表示裂變過程的？

（學(xué)生）老師，核反應(yīng)方程可以表示裂變過程，比如鈾-235裂變成鋇-141和氪-92，同時釋放出中子和能量。

（教師）很好，那么裂變是如何發(fā)生的呢？請同學(xué)們思考一下，裂變過程中能量的來源是什么？

（學(xué)生）老師，裂變過程中能量的來源是核力的變化。

（教師）正確。接下來，我們通過一個實驗來觀察裂變現(xiàn)象。

（教師）同學(xué)們，現(xiàn)在請大家觀察實驗裝置，我會啟動實驗，你們要注意觀察并記錄下實驗現(xiàn)象。

（學(xué)生）好的，老師。

（教師）實驗開始了，大家看，隨著能量的釋放，鈾-235核分裂成了鋇-141和氪-92，同時釋放出中子和能量。

2.聚變現(xiàn)象

（教師）接下來，我們來學(xué)習(xí)聚變。聚變是指兩個輕核結(jié)合成一個較重的核的過程。這個過程同樣會釋放出巨大的能量。與裂變相比，聚變需要的條件更為苛刻，通常需要極高的溫度和壓力。

（學(xué)生）老師，聚變需要的條件確實很高，我們之前學(xué)過，聚變發(fā)生在恒星內(nèi)部。

（教師）是的，聚變是恒星內(nèi)部能量釋放的主要方式。那么，聚變過程中能量的來源是什么呢？

（學(xué)生）老師，聚變過程中能量的來源是核力的變化。

（教師）正確?，F(xiàn)在，我們通過一個動畫來展示聚變過程。

（教師）同學(xué)們，請看大屏幕，動畫將展示兩個氫核結(jié)合成一個氦核的過程，以及在這個過程中能量的釋放。

（學(xué)生）好的，老師。

（教師）動畫演示完畢，大家看，兩個氫核結(jié)合成一個氦核，同時釋放出能量。

三、課堂討論

（教師）同學(xué)們，剛才我們學(xué)習(xí)了裂變和聚變，它們有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？

（學(xué)生）老師，裂變是重核分裂，聚變是輕核結(jié)合，它們都是能量釋放的過程。

（教師）很好，那么裂變和聚變在應(yīng)用上有什么不同呢？

（學(xué)生）老師，裂變可以用于核電站發(fā)電，而聚變目前主要用于研究，尚未實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

（教師）正確。那么，同學(xué)們認為，裂變和聚變在未來的能源發(fā)展中有哪些潛在的應(yīng)用前景呢？

（學(xué)生）老師，裂變和聚變都是清潔能源，有望解決能源危機。

（教師）很好，同學(xué)們的回答很有見地。接下來，我們將進行一個小組討論，探討裂變和聚變在能源領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

四、實驗操作

（教師）同學(xué)們，為了更好地理解裂變和聚變，我們將進行一個實驗。請大家分組，每組準(zhǔn)備一個實驗裝置，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。

（學(xué)生）好的，老師。

（教師）實驗開始了，請大家注意觀察，并思考實驗結(jié)果與理論知識的聯(lián)系。

（學(xué)生）好的，老師。

五、總結(jié)與反思

（教師）同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了裂變和聚變，了解了它們的基本原理和應(yīng)用。請大家回顧一下，今天我們學(xué)到了哪些知識？

（學(xué)生）老師，我們學(xué)習(xí)了裂變和聚變的基本原理，了解了它們在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

（教師）很好，那么，同學(xué)們認為，在學(xué)習(xí)裂變和聚變的過程中，自己遇到了哪些困難？

（學(xué)生）老師，我覺得裂變和聚變的概念比較抽象，理解起來有些困難。

（教師）是的，裂變和聚變確實需要一定的物理背景知識。請大家課后多復(fù)習(xí)，加深對知識的理解。

（教師）最后，請大家談?wù)勛约簩α炎兒途圩冊谀茉搭I(lǐng)域應(yīng)用前景的看法。

（學(xué)生）老師，我認為裂變和聚變都是很有潛力的清潔能源，有望解決能源危機。

（教師）很好，同學(xué)們的觀點很有價值。希望大家在今后的學(xué)習(xí)中，繼續(xù)關(guān)注能源領(lǐng)域的發(fā)展，為我國能源事業(yè)貢獻自己的力量。

（學(xué)生）謝謝老師，我們一定會努力的。知識點梳理1.核裂變的基本概念：

-核裂變是指重核分裂成兩個或多個較輕的核的過程。

-裂變過程中會釋放出大量的能量，這是由于核力的變化所導(dǎo)致的。

-裂變反應(yīng)通常需要中子作為引發(fā)劑。

2.核裂變的特點：

-裂變反應(yīng)鏈：一個裂變事件可以產(chǎn)生多個中子，這些中子又可以引發(fā)更多的裂變反應(yīng)，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

-裂變產(chǎn)物：裂變產(chǎn)生的核產(chǎn)物通常具有較高的放射性。

-裂變能：裂變釋放的能量大約為200MeV。

3.核聚變的基本概念：

-核聚變是指兩個輕核結(jié)合成一個較重的核的過程。

-聚變過程同樣會釋放出巨大的能量，這是由于核力的變化所導(dǎo)致的。

-聚變反應(yīng)通常需要極高的溫度和壓力。

4.核聚變的特點：

-聚變反應(yīng)需要克服核之間的靜電斥力，因此需要極高的溫度和壓力。

-聚變反應(yīng)釋放的能量約為17.6MeV。

-聚變反應(yīng)的主要產(chǎn)物是氦核。

5.裂變與聚變的區(qū)別：

-引發(fā)條件：裂變通常需要中子，而聚變需要極高的溫度和壓力。

-能量釋放：裂變釋放的能量約為200MeV，聚變釋放的能量約為17.6MeV。

-應(yīng)用領(lǐng)域：裂變主要用于核電站發(fā)電，聚變主要用于研究，尚未實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

6.核能的應(yīng)用：

-核能發(fā)電：利用核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量來發(fā)電，是目前最成熟的核能應(yīng)用方式。

-核武器：利用核裂變和核聚變反應(yīng)釋放的能量制造武器。

-核醫(yī)學(xué)：利用放射性同位素進行疾病診斷和治療。

7.核能的潛在風(fēng)險：

-核輻射：核能應(yīng)用過程中會產(chǎn)生放射性物質(zhì)，對人體和環(huán)境造成危害。

-核事故：核能設(shè)施發(fā)生事故可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染和人員傷亡。

-核廢料處理：核廢料具有長期放射性，處理和處置難度較大。

8.核能的未來發(fā)展：

-核聚變研究：繼續(xù)研究核聚變技術(shù)，以實現(xiàn)清潔、安全的核能應(yīng)用。

-核廢料處理技術(shù)：開發(fā)新的核廢料處理技術(shù)，降低核廢料對環(huán)境和人體的危害。

-核能與其他能源的互補：優(yōu)化核能與化石能源、可再生能源等能源的互補關(guān)系，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的多元化。教學(xué)反思教學(xué)反思

今天這節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了裂變與聚變的內(nèi)容，我覺得整體效果還不錯。首先，我發(fā)現(xiàn)同學(xué)們對核能的應(yīng)用非常感興趣，這讓我很高興，因為這說明他們對物理現(xiàn)象有好奇心，愿意探索其中的奧秘。

在講授過程中，我注重了理論與實踐的結(jié)合。比如，在講解裂變和聚變的基本概念時，我通過核反應(yīng)方程和動畫演示，幫助同學(xué)們直觀地理解這些抽象的概念。我還安排了實驗操作，讓他們親自動手，這樣不僅能加深他們對知識的理解，還能提高他們的實踐能力。

在教學(xué)過程中，我也遇到了一些挑戰(zhàn)。例如，有些同學(xué)對核能的潛在風(fēng)險和環(huán)境影響的理解不夠深入，我需要在這方面加強引導(dǎo)。另外，由于裂變和聚變涉及到的物理概念比較復(fù)雜，部分同學(xué)在理解過程中遇到了困難，我需要考慮如何更好地調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和深度，確保每個同學(xué)都能跟上。

我覺得，在今后的教學(xué)中，我可以在以下幾個方面進行改進：

一是加強對核能安全性和環(huán)保問題的教育，讓同學(xué)們意識到核能的合理利用和可持續(xù)發(fā)展的重要性。

二是針對不同層次的學(xué)生，提供更有針對性的教學(xué)，比如通過分層作業(yè)和輔導(dǎo)，幫助基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生跟上進度。

三是增加課堂互動，鼓勵同學(xué)們提出問題，通過討論和解答，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和思考能力。典型例題講解例題1：

已知鈾-235的原子質(zhì)量為235u，鋇-141的原子質(zhì)量為141u，氪-92的原子質(zhì)量為92u，中子的質(zhì)量為1u。求鈾-235裂變成鋇-141和氪-92時釋放的能量。

解：

根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，其中m為質(zhì)量變化，c為光速，我們可以計算出質(zhì)量變化Δm。

Δm=(235u-141u-92u)-(92u/2)=2u

將質(zhì)量變化Δm轉(zhuǎn)換為能量E：

E=Δm×c2=2u×(931.5MeV/u)≈1863MeV

所以，鈾-235裂變成鋇-141和氪-92時釋放的能量約為1863MeV。

例題2：

氫彈爆炸時，假設(shè)1kg的氘和氚發(fā)生聚變，生成1kg的氦，求聚變反應(yīng)釋放的能量。

解：

氘和氚的聚變反應(yīng)為：D+T→He+n+17.6MeV

假設(shè)1kg的氘和氚發(fā)生聚變，根據(jù)化學(xué)計量學(xué)，氘和氚的摩爾質(zhì)量分別為2g/mol和3g/mol，所以1kg氘和氚分別含有500摩爾和333.33摩爾。

聚變反應(yīng)釋放的能量為：17.6MeV×(500+333.33)≈17.6MeV×833.33≈14666.88MeV

將能量轉(zhuǎn)換為焦耳（1MeV=1.60218×10?13J）：

E=14666.88MeV×1.60218×10?13J/MeV≈2.35×10??J

所以，1kg的氘和氚發(fā)生聚變時釋放的能量約為2.35×10??J。

例題3：

一個核反應(yīng)方程為：12C+1?N→1?O+p。求該反應(yīng)釋放的能量。

解：

首先，我們需要計算反應(yīng)前后的質(zhì)量變化Δm。

Δm=(12u+14u)-(15u+1u)=26u-16u=10u

根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，我們可以計算出釋放的能量E：

E=Δm×c2=10u×(931.5MeV/u)≈9315MeV

所以，該核反應(yīng)釋放的能量約為9315MeV。

例題4：

一個核反應(yīng)方程為：1?N+d→1?O+p。求該反應(yīng)釋放的能量。

解：

同樣，我們需要計算反應(yīng)前后的質(zhì)量變化Δm