輕核的聚變物理教案

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教學(xué)目標(biāo)

1.知道聚變的概念。2.了解發(fā)生聚變反應(yīng)的條件及聚變反應(yīng)的特點(diǎn)。3.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)研究的進(jìn)展情況。4.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)。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

發(fā)生聚變的條件及聚變反應(yīng)的特點(diǎn)。課時(shí)安排

1課時(shí)課前準(zhǔn)備

教師：有關(guān)氫彈構(gòu)造及其情況的影象資料、查找有關(guān)可控?zé)岷朔磻?yīng)的最新動(dòng)態(tài)。學(xué)生：上網(wǎng)或去圖書(shū)館查找有關(guān)熱核反應(yīng)的資料。教具

教具：實(shí)物投影儀，多媒體課件。教學(xué)過(guò)程○引入新課

能源是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的動(dòng)力保障，需求正在急劇增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使資源日益枯竭，而且給地球帶來(lái)了巨大的污染，這些因素促使人們更加重視尋找潔凈的、可持續(xù)發(fā)展的新能源。近年來(lái)，核能作為一種新能源倍受人們關(guān)注，重核裂變和輕核聚變是獲得核能的兩個(gè)重要途徑。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)輕核的聚變。○新課教學(xué)

【板書(shū)】第七節(jié)輕核的聚變

一、輕核的聚變學(xué)生閱讀課本第一、二段，分組討論，歸納總結(jié)，回答問(wèn)題。問(wèn)題：

1.是否任意核聚變?cè)谝黄鸲坚尫懦瞿芰浚繛槭裁矗?/p>

2.什么叫輕核的聚變？

3.發(fā)生輕核聚變的條件是什么？

結(jié)合裂變知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回答問(wèn)題1：不是任意核聚變?cè)谝黄鸲寄茚尫拍芰俊Ｓ蓯?ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，只有在反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，即生成物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量時(shí)，才能放出能量。

【板書(shū)】1.什么叫輕核的聚變？

把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)叫做輕核的聚變，簡(jiǎn)稱聚變。

教師補(bǔ)充，常見(jiàn)的聚變反應(yīng)有

H+H→H+H+4MeV

H+H→He+n+17.6MeV

【板書(shū)】2.發(fā)生聚變的條件

要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們核子間的距離接近到10-15m，由于原子核都是帶正電的，要使他們接近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力，這就要求原子核有很大的動(dòng)能。

怎樣才能使輕核獲得足夠大的動(dòng)能來(lái)產(chǎn)生聚變呢？

方法之一就是將物質(zhì)加熱。溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。當(dāng)物質(zhì)達(dá)到幾百萬(wàn)攝氏度以上的高溫時(shí)，劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核具有足夠的動(dòng)能，可以克服原子核間的庫(kù)侖斥力，在碰撞時(shí)發(fā)生聚變。因此，聚變反應(yīng)有叫熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。

根據(jù)你收集的資料，還能通過(guò)什么方法實(shí)現(xiàn)核聚變？

日英開(kāi)發(fā)出激光核聚變新方法，有關(guān)在近日出版的英國(guó)《自然》雜志上。

有人提出利用電解重水的方法實(shí)現(xiàn)低溫核聚變，但是未經(jīng)證實(shí)。

學(xué)生閱讀課本，總結(jié)聚變反應(yīng)的特點(diǎn)。

【板書(shū)】3.聚變反應(yīng)的特點(diǎn)

⑴和裂變相比，聚變反應(yīng)釋放的能量更多

例如，一個(gè)氘核和一個(gè)氘核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是

H+H→He+n

教師給出數(shù)據(jù)，讓學(xué)生計(jì)算該反應(yīng)釋放的能量。

氘核的質(zhì)量：mD=2.014102u

氚核的質(zhì)量：mT=3.016050u

氦核的質(zhì)量：mα=4.002603u

中子的質(zhì)量：mn=1.008665u

1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19C

根據(jù)質(zhì)能方程，釋放出的能量

△E=△m·c2

=（mD+mT-mα-mn）c2

=eV

=17.6MeV

平均每個(gè)核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量約為1MeV。

【板書(shū)】⑵.聚變材料豐富

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。

常見(jiàn)的聚變反應(yīng)

H+H→H+H+4MeV

H+H→He+n+17.6MeV

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，而氘是重水的組成成分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。

【板書(shū)】⑶安全、無(wú)污染

聚變產(chǎn)物基本上是穩(wěn)定的氦核，沒(méi)有放射性，不污染周圍環(huán)境。而常規(guī)裂變反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生壽命長(zhǎng)放射性較強(qiáng)的核廢料，容易引起環(huán)境污染。

師述：可見(jiàn)，輕核的聚變是一種理想的解決能源的途徑。通過(guò)閱讀課本和大家查找的資料了解目前對(duì)聚變能的應(yīng)用情況。

【板書(shū)】二、可控?zé)岷朔磻?yīng)

1.聚變能的應(yīng)用

⑴太陽(yáng)能。熱核反應(yīng)在宇宙中是很普通的。太陽(yáng)和許多恒星內(nèi)部，溫度高達(dá)107K以上，就滿足熱核反應(yīng)的條件。太陽(yáng)內(nèi)部的氫核在極高溫下聚變成氦核，每秒釋放的能量達(dá)3.8×1026J。地球只接收了其中的二十億分之一左右。對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用主要是：地球上萬(wàn)物生長(zhǎng)離不開(kāi)太陽(yáng)的光和熱；太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能電池等等。

師述：查閱資料，更多、更詳細(xì)地了解太陽(yáng)能的應(yīng)用。

【板書(shū)】⑵氫彈。氫彈是利用熱核反應(yīng)制造的一種大規(guī)模殺傷武器，在其中進(jìn)行的是不可控?zé)岷朔磻?yīng)。

師述：氫彈比原子彈復(fù)雜一些，它需要用原子炸藥來(lái)引爆。以獲得熱核反應(yīng)所需的高溫，而這些原子炸藥又要用普通炸藥點(diǎn)燃。

【錄像】氫彈的構(gòu)造簡(jiǎn)介及其爆炸情況。

但要使聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量用于和平目的，則需實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)。

【板書(shū)】2.可控?zé)岷朔磻?yīng)

世界上許多國(guó)家都在積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù)。我國(guó)在這方面已經(jīng)具有一定的實(shí)力，取得一定的成果。最近，位于合肥西郊的中國(guó)科學(xué)院等離體物理研究日前傳出喜訊：基于超導(dǎo)托卡馬克裝置HT—7的可控?zé)岷司圩冄芯吭佾@突破，運(yùn)行參數(shù)居世界前兩位。據(jù)介紹，本輪實(shí)驗(yàn)有來(lái)自美、日等14個(gè)研究機(jī)構(gòu)的18位外籍專家參與，HT—7裝置成為名副其實(shí)的國(guó)際可控?zé)岷司圩冄芯看笪枧_(tái)。

據(jù)專家估計(jì)，可控?zé)岷司圩兛赡茉诒臼兰o(jì)40年入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，人類從此將擁有用之不竭的潔凈能源。在這個(gè)中外科學(xué)家百年共同努力的造福人類的“千年工程”上，人們將會(huì)看到中國(guó)人月HT—7搭建的里程碑。相關(guān)內(nèi)容可上網(wǎng)上查詢。【教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明】1.本節(jié)課重在讓學(xué)生知道聚變反應(yīng)能夠釋放能量，了解發(fā)生熱核反應(yīng)的條件及其特點(diǎn)。課本的內(nèi)容只是點(diǎn)到為止，在高中階段不易展開(kāi)，所以處理本節(jié)課時(shí)，采取讓學(xué)生閱讀、討論、總結(jié)的方法，培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力、口頭交流的能力。教師在教學(xué)過(guò)程中可以補(bǔ)充一些相關(guān)知識(shí)。2.聚變反應(yīng)作為一種理想能源，備受人們關(guān)注。鼓勵(lì)學(xué)生查閱一些有關(guān)現(xiàn)代科技的資料，多了解一些有關(guān)聚變反應(yīng)的知識(shí)。例如，太陽(yáng)能的應(yīng)用，對(duì)“可控?zé)岷朔磻?yīng)”研究的進(jìn)展等等。【參考資料】受控?zé)岷朔磻?yīng)是一門(mén)新興的科學(xué)至今才有二十年的歷史。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，能源的需要急劇上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界能源的需要每八年翻一番，受控?zé)岷朔磻?yīng)是核能利用的第二條途徑，有可能是一個(gè)新的廉價(jià)的巨大能源，因此，這門(mén)學(xué)科受到各國(guó)的普遍重視，發(fā)展極為迅速。有關(guān)資料可在下列網(wǎng)站查找：①②61.142.127.149/resoure③④【作業(yè)】1.查閱資料，進(jìn)一步了解人類對(duì)聚變能利用的研究及取得的成果。2.練習(xí)四第⑶題。