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2019-2020年高中物理 3.5 核裂變教案 教科版選修3-5 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)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）會(huì)計(jì)算重核裂變過(guò)程中釋放出的能量； （4）知道什么是核反應(yīng)堆。了解常用裂變反應(yīng)堆的類型，了解核電站及核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)。 2、過(guò)程與方法 （1）通過(guò)對(duì)核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系的理解，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力及應(yīng)用教學(xué)圖像處理物理問(wèn)題的能力； （2）通過(guò)讓學(xué)生自己閱讀課本，查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括知識(shí)的能力和提出問(wèn)題的能力。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、探求真理的激情，樹(shù)立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)，通過(guò)核能的利用，思考科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系； （2）通過(guò)教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到和平利用核能及開(kāi)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(dòng)變化的，而變化過(guò)程必然遵循能量守恒的觀點(diǎn)。 教學(xué)重點(diǎn)：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其釋放核能的計(jì)算；重核裂變的核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)。 教學(xué)難點(diǎn)：通過(guò)核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)系，推理得出由質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成質(zhì)量數(shù)較小的原子核釋放能量這一結(jié)論。 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(shí)物投影、放像、課件播放等。 （一）引入新課 大家都知道在第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束的時(shí)候，美國(guó)于1945年8月6日、9日先后在日本的廣島、長(zhǎng)崎上空投下了兩顆原子彈，剎那間，這兩座曾經(jīng)十分美麗的城市變成一片廢墟。大家還知道目前世界上有少數(shù)國(guó)家建成了許多核電站，我國(guó)也相繼建成了浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站等。我想，現(xiàn)在大家一定想知道原子彈爆炸及核發(fā)電的原理，那么，我們這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)裂變，通過(guò)學(xué)習(xí)，大家就會(huì)對(duì)上述問(wèn)題有初步的了解。 （二）進(jìn)行新課 1、核裂變（fission） 提問(wèn)：核裂變的特點(diǎn)是什么？（重核分裂成質(zhì)量較小的核的反應(yīng)，稱為裂變） 總結(jié)：重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變。 提問(wèn)：是不是所有的核裂變都能放出核能？（只有核子平均質(zhì)量減小的核反應(yīng)才能放出核能） 總結(jié)：不是所有的核反應(yīng)都能放出核能，有的核反應(yīng)，反應(yīng)后生成物的質(zhì)量比反應(yīng)前的質(zhì)量大，這樣的核反應(yīng)不放出能量，反而在反應(yīng)過(guò)程中要吸收大量的能量。只有重核裂變和輕核聚變能放出大量的能量。 2、鈾核的裂變 （1）鈾核的裂變的一種典型反應(yīng)。 提問(wèn)：鈾核的裂變的產(chǎn)物是多樣的，最典型的一種核反應(yīng)方程式是什么樣的？ （2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 提問(wèn)：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)〔chain reaction〕是怎樣進(jìn)行的？（這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)） （3）臨界體積（臨界質(zhì)量）： 提問(wèn)：什么是臨界體積（臨界質(zhì)量）？（通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量） （4）裂變反應(yīng)中的能量的計(jì)算。 裂變前的質(zhì)量： kg， kg 裂變后的質(zhì)量： kg，kg，kg， 學(xué)生計(jì)算：質(zhì)量虧損： kg， J=201MeV 總結(jié)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積。鈾核裂變的產(chǎn)物不同，釋放的能量也不同。 3、核電站 提問(wèn)：核核反應(yīng)堆各組成部分在核反應(yīng)中起什么作用？ 學(xué)生回答：鈾棒由濃縮鈾制成，作為核燃料。 學(xué)生回答：控制棒由鎘做成，用來(lái)控制反應(yīng)速度。 學(xué)生回答：減速劑由石墨、重水或普通水（有時(shí)叫輕水）做成，用來(lái)跟快中子碰撞，使快中子能量減少，變成慢中子，以便讓U235俘獲。 學(xué)生回答：冷卻劑由水或液態(tài)的金屬鈉等流體做成，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出，確保反應(yīng)堆的安全。 學(xué)生回答：水泥防護(hù)層用來(lái)屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，防止核輻射。 提問(wèn)：核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)？ 優(yōu)點(diǎn)：①污染小；②可采儲(chǔ)量大；③比較經(jīng)濟(jì)。 缺點(diǎn)：①一旦核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的核污染；②核廢料處理困難。 點(diǎn)評(píng)：學(xué)生用自己的語(yǔ)言敘述，基本正確即可。 補(bǔ)充：了解常用裂變反應(yīng)堆的類型：秦山二期、大亞灣二期是壓水堆，秦山三期是沸水堆。 例題1、下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是（ ） A、 B、 C、 D、 分析：核反應(yīng)中有四種不同類型的核反應(yīng)，它們分別是衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變。其中衰變中有衰變、衰變等。 是衰變， 是衰變，是人工轉(zhuǎn)變，只的C選項(xiàng)是重核裂變。 解：表示核裂變的是C 例題2、秦山核電站第一期工程裝機(jī)容量為30萬(wàn)kW，如果1g鈾235完全裂變時(shí)產(chǎn)生的能量為8.21010 J，并且假定產(chǎn)生的能量都變成了電能，那么，每年要消耗多少鈾235?（一年按365天計(jì)算） 學(xué)生回答： 解：核電站每天的發(fā)電量為W=Pt=3108243600 J=2.5921013 J，每年的發(fā)電量W總=365W=9.461015 J而1 g鈾完全裂變時(shí)產(chǎn)生的能量為：8.21010 J 所以，每年消耗的鈾的量為： 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生推理及公式演算的能力。注意速度單位的換算，運(yùn)算過(guò)程中帶單位運(yùn)算。適當(dāng)進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。