1、內(nèi)蒙古巴彥淖爾市第一中學(xué)高中物理 19、7核聚變學(xué)案 新人教選修3-5學(xué)習(xí)目標(biāo):（一）知識(shí)與技能1、了解聚變反應(yīng)的特點(diǎn)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(guò)程與方法通過(guò)讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識(shí)的能力和提出問(wèn)題的能力（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性，更加熱愛(ài)科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)。2、認(rèn)識(shí)核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭(zhēng)目的將給人類帶來(lái)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。學(xué)習(xí)重點(diǎn):聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)

2、難點(diǎn):聚變反應(yīng)的條件。知識(shí)鏈接：1、 寫出盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程。2、 寫出核力的特點(diǎn)：3、 什么是結(jié)合能？4、 什么是比結(jié)合能？5、 什么是質(zhì)量虧損？6、 什么是裂變？7、 什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？8、 寫出一種典型的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的方程。1967年6月17日，我國(guó)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(guó)僅用了兩年零八個(gè)月。前蘇聯(lián)用了四年，美國(guó)用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過(guò)輕核的聚變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)過(guò)程：1、 什么叫輕核的聚變？2、 從微觀角度說(shuō)說(shuō)輕核聚變的產(chǎn)生條件。3、 從宏觀角度說(shuō)說(shuō)輕核聚變的產(chǎn)生條件。4、 寫出一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成氦核是的核反應(yīng)方程。注：（1）熱核

3、反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)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)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽(yáng)每秒釋放的能量約為3.81026 J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽(yáng)在“核燃燒”的過(guò)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(wàn)噸?？茖W(xué)家估計(jì)，太陽(yáng)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(gè)時(shí)間很長(zhǎng)很長(zhǎng)?。?）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(zhēng)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。5、核聚變有什么應(yīng)用？6、聚變與

4、裂變相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？7、我國(guó)在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況。EAST全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置以探索無(wú)限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，這個(gè)裝置也被通稱為“人造太陽(yáng)”，能夠像太陽(yáng)一樣給人類提供無(wú)限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設(shè)計(jì)制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置大部件已安裝完畢，進(jìn)入抽真空降溫試驗(yàn)階段。我國(guó)的科學(xué)家就率先建成了世界上第一個(gè)全超導(dǎo)核聚變“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置，模擬太陽(yáng)產(chǎn)生能量。例題：一個(gè)氘核和一個(gè)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=

5、4.002 603 u、中子的質(zhì)量：mn=1.008 665 u、1u=1.660 610-27kg，e = 1.602 210-19C，請(qǐng)同學(xué)們求出該核反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量。課堂小結(jié)：參考答案知識(shí)鏈接（略）學(xué)習(xí)過(guò)程1、 兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的反應(yīng)叫做聚變2、 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10-15 m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動(dòng)能以克服原子核之間巨大的庫(kù)侖斥力。3、宏觀上：要使原子核具有如此大的動(dòng)能，就要把它加熱到幾百萬(wàn)攝氏度的高溫。 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)生的熱就可以維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去，在短時(shí)間釋

6、放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。4、21H+21H31He+11H5、主要應(yīng)用于核武器氫彈6、聚變與裂變相比，優(yōu)點(diǎn)之一，即輕核聚變產(chǎn)能效率高。 常見的聚變反應(yīng)：21H+21H31He+11H+4MeV、 21H+31H42He+10n+17.6 MeV。在這兩個(gè)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(shí)現(xiàn)這兩個(gè)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(gè)意義上講，輕核聚變是能源危機(jī)的終結(jié)者。優(yōu)點(diǎn)之二，即地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。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。優(yōu)點(diǎn)之三，是輕核聚變反應(yīng)更為安全、清潔。 實(shí)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(dòng)終止了。另外，氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生的氦是沒(méi)有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時(shí)高速中子、質(zhì)