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1、2022年高三物理 第二十二章 原子核 七、輕核的聚變(第一課時)
●本節(jié)教材分析
輕核的聚變也是釋放核能的一條途徑,這在上一節(jié)已經(jīng)討論過.本節(jié)主要說明有些聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量.但聚變反應(yīng)要求更高的條件——幾百萬攝氏度的高溫,因而也叫熱核反應(yīng).還要使學(xué)生了解熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的,如太陽和許多恒星內(nèi)部就進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng),將巨大的能量源源不斷的釋放出來,這就是恒星能不斷發(fā)光發(fā)熱的原因.但宇宙中的熱核反應(yīng)是不能人為控制的,為了使熱核反應(yīng)釋放的能量造福于人類,科學(xué)家正在研究和實驗可控?zé)岷朔磻?yīng)的裝置.可控?zé)岷朔磻?yīng)比原子反應(yīng)堆具有更大的優(yōu)越性,如釋放能量更多、原料豐富、污染
2、輕、核廢料容易處理等,我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實驗也處于世界前列.
●教學(xué)目標(biāo)
一、知識目標(biāo)
1.了解聚變反應(yīng)的特點及其條件.
2.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展.
二、能力目標(biāo)
本節(jié)屬于了解內(nèi)容,無要求.
三、德育目標(biāo)
通過了解核能的特點,認(rèn)識核能的和平利用能為人類造福,但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難.
●教學(xué)重點
聚變核反應(yīng)的特點.
●教學(xué)難點
聚變反應(yīng)的條件.
●教學(xué)方法
本節(jié)內(nèi)容以學(xué)生閱讀自學(xué)為主,輔之以教師的點撥,首先通過教師點撥學(xué)生仔細(xì)研究核子平均質(zhì)量曲線,了解較輕原子核平均核子質(zhì)量比較重原子核的核子平均質(zhì)量更大,因而輕核的聚變要比重核的裂變釋放
3、更大的核能.再通過具體研究氘核和氚核的聚變反應(yīng)了解核聚變反應(yīng)條件——需要很高的溫度.然后通過學(xué)生自學(xué)了解可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實驗發(fā)展情況.
●教學(xué)用具
無特殊教具.
●課時安排
1課時
●教學(xué)過程
一、引入新課
通過上一節(jié)的學(xué)習(xí),我們知道除了通過重核裂變能夠釋放核能以外,另一條釋放核能的途徑就是輕核的聚變,這就是我們本節(jié)課要研究的問題.
二、新課教學(xué)
(一)聚變反應(yīng)及其條件
[教師點撥]請同學(xué)們再看看核子平均質(zhì)量曲線,想一想為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能?
[學(xué)生思考并討論]…
[學(xué)生回答]因為較輕的原子核比較重的原子核核子的平均質(zhì)量更大,聚變成
4、質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損,所以平均每個核子釋放的能量就更大.
1.氫的聚變反應(yīng): 21H+31H→42He+10n
2.釋放能量:ΔE=Δmc2=17.6 MeV,平均每個核子釋放能量3 MeV以上,約為裂變反應(yīng)釋放能量的3~4倍
[教師點撥]請同學(xué)們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件?
[學(xué)生閱讀教材,得出結(jié)論]
3.產(chǎn)生條件
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能以克服原子核之間強(qiáng)大的庫侖斥力.
宏觀上,要使原子核具有如此大的動能,就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫.
說
5、明:(1)熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的,太陽和很多恒星的內(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.太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026 J,地球只接受了其中的二十億分之一.
(2)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,在短時間釋放巨大的能量,這就是聚變引起的核爆炸.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)爭的氫彈,它的威力是原子彈的十幾倍.
(二)可控?zé)岷朔磻?yīng)
[教師點撥]目前,人們還不能控制核聚變的速度,但科學(xué)家們正在努力研究和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng),以使核聚變造福于人類.我國在這方面的研究和實
6、驗也處于世界領(lǐng)先水平.請同學(xué)們自學(xué)教材的最后一部分,以了解這方面的情況.
[學(xué)生自學(xué),了解以下要點]
1熱核反應(yīng)相對裂變反應(yīng)的優(yōu)越性.
2我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實驗發(fā)展情況.
三、小結(jié)
本節(jié)主要研究了聚變核反應(yīng)的特點和條件,聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量,但它發(fā)生的條件是要達(dá)到幾百萬度的高溫,因而聚變反應(yīng)也叫熱核反應(yīng).可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實驗將為人類和平利用核能開發(fā)新的途徑.
四、布置作業(yè)
完成課后練習(xí)
五、板書設(shè)計
(一)聚變反應(yīng)及其條件
1.氫的聚變反應(yīng):
21H+31H→42He+10n
2釋放能量:ΔE=Δmc2=17.6 MeV,
平均每
7、個核子釋放能量3 MeV以上,約為裂變反應(yīng)釋放能量的3~4倍.
3.產(chǎn)生條件:
微觀上,原子核接近到10-15 m.
宏觀上,溫度達(dá)到幾百萬攝氏度.
(二)可控?zé)岷朔磻?yīng)
1.相對裂變反應(yīng)的優(yōu)越性:功率大、污染輕、核廢料容易處理.
2我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實驗發(fā)展情況:世界前列.
六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計
1.太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的
A.化學(xué)反應(yīng)B.放射性衰變
C.裂變反應(yīng)D.熱核反應(yīng)
2.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核,在這一核反應(yīng)中
A.反應(yīng)物的質(zhì)量大于生成物的質(zhì)量
B.反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)一定守恒
C.此反應(yīng)一定釋放能量
D.此反應(yīng)一定吸收能量
3.氘核(21
8、H)和氚核(31H)聚合成氦核(42He)的核反應(yīng)方程如下:21H+31H→42He+10n設(shè)氘核質(zhì)量為m1,氚核質(zhì)量為m2,氦核質(zhì)量為m3,中子質(zhì)量為m4,則反應(yīng)過程中釋放的能量為
A.(m1+m2-m3)c2 B. (m1+m2-m4)c2
C.(m1+m2-m3-m4)c2 D. (m3+m4-m1-m2)c2
4.已知兩氘核聚變成一個氦核放出23.76 MeV的能量,那么1 g氘完全聚變成氦時將會放出的能量為
A.約為1.136×106 J B.約為2.272×1011 J
C.約為5.68×1011 J D.約為5.68×1
9、06 J
5.完成氘核和氚核結(jié)合成氦的核反應(yīng)方程:21H+31H→42H+________.若反應(yīng)過程中發(fā)生的質(zhì)量虧損是m kg,則反應(yīng)放出的能量是________J.
6.用γ光子轟擊氘核,使之分成質(zhì)子和中子.已知氘核質(zhì)量為2.0135 u,質(zhì)子質(zhì)量為
1.0072 u,中子質(zhì)量為1.0086 u,其中1 u=1.6605×10-27 kg.又知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.則所用γ光子在真空中的波長應(yīng)為________m.
7.一個負(fù)電子和一個正電子相遇發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子,已知負(fù)電子和正電子的質(zhì)量都是m,光在真空中的速度是c,普朗克常量為h,轉(zhuǎn)化前它們的動能忽略
10、不計,則轉(zhuǎn)化成光子的波長是________.
8.一個鋰核(73Li)受到一個質(zhì)子的轟擊,變成2個α粒子,這一過程的核反應(yīng)方程為________.
已知一個氫原子的質(zhì)量是1.6736×12-27 kg,一個鋰原子的質(zhì)量是11.6505×10-27 kg,一個氦原子的質(zhì)量是6.6466×10-27 kg.上述核反應(yīng)所釋放的能量等于________(最后結(jié)果取三位有效數(shù)字)
9.4個質(zhì)子在高溫下能聚變成一個α粒子同時放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007276 u,α粒子質(zhì)量為4.001506 u, 1 u=1.66×10-27 kg,阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023/mol. (1)寫出核反
11、應(yīng)方程; (2) 1 g氫完全聚變成α粒子能釋放出多少能量?
參考答案:1.D 2.ABC 3.C 4.C
5 .10n,mc2 6.5.8×10-13 7.h/cm
8.73Li+11H→242He,2.78×10-12 J
9.(1)4(11H)→42He+2(01e)+能量
(2) 4個質(zhì)子聚變Δm=4×1.007276 u-4.001506 u=0.027598 u,
ΔE=Δmc2=0.027598×931.5 MeV=25.71 MeV
1 g氫含有6.02×1023個質(zhì)子,放出能量為E
E=6.02×1023×25.71/4 MeV=3.87×1024 MeV