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22.2 核能
【学习目标】
1．了解核能的由来，知道核能的优点和可能带来的问题。
2．了解原子、原子核的结构。
3．了解核裂变和核聚变。
【教学重难点】
重点：核能的优点和可能带来的问题。
难点：核裂变及核聚变的概念。
【教学方法】演示法、讲授法。
【教学过程】
（一）新课导入：
威力巨大的原子弹
1945年8月6日9点15分左右，美国在日本广岛上空投下了一枚原子弹，原子弹在离地600米的空中爆炸，立即发出令人眼花目眩的强烈的白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。顷刻之间，城市突然卷起巨大蘑菇状烟云，接着便竖起几百根火柱，广岛市马上沦为焦热的火海。原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明；10亿度的高温把一切都化为灰烬；放射物使一些人在以后的20年中缓慢地走向死亡；冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。这节课我们就学习一下核能。
（二）新课讲授：
(一)核能
教师利用多媒体展示原子结构模型的图片。
学生观察原子的结构模型图，了解原子的组成。
一切物质是由分子组成的，分子又由原子组成，而原子由质子、中子、电子三种粒子组成(如教材图22.2－1)。质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。质子和中子的质量比电子大得多，处于原子中心，构成非常小的原子核。
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合在一起是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能，又称原子能。
(二)裂变
学生自主学习课本“裂变”的内容，了解相关的内容。
用中子轰击较大的原子核，使它变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，称为原子核的裂变。
经科学家研究1 kg铀核如果全部发生裂变，释放出的能量相当于2 000 t标准煤完全燃烧放出的能量。
演示实验：用火柴模拟链式反应。
教师边演示边说明裂变的原理。
科学家用中子轰击铀235原子核，铀核裂变释放出核能，同时还产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是链式反应(如教材图22.2－3)。
教师顺势提问：如果链式反应不加控制将会发生什么？如果加以控制呢？学生以小组为单位讨论。
教师利用多媒体展示裂变图片：
　　
师生共同得出：如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会释放出巨大的核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。如果控制链式反应的速度，使核能慢慢地平稳地释放出来，就便于和平利用了。能够缓慢、平稳地释放核能的装置，叫做核反应堆。原理如下图所示：
(三)聚变
学生自主阅读“聚变”内容，自学并讨论聚变。教师加以指导。
师生共同总结得出：
如果将质量很小的原子核，例如氘核(由一个质子和一个中子构成)与氚核(由一个质子和两个中子构成)，在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放巨大的核能，这就是聚变，有时也把聚变称为热核反应。(如教材图22.2－5)
教师利用动画演示聚变
教师介绍：大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹就是利用此原理制成的。
自然界中，太阳内部的温度高达1 000万摄氏度以上，在那里就进行着大规模的聚变反应。太阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的核能转化而来的。可以说，地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量。
如何实现聚变，如何利用聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控制聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。愿同学们今后能对此做出贡献。
学生认真聆听、思考、观看视频。
(四)科学·技术·社会
学生阅读教材P172的“科学·技术·社会”——核电站和核废料处理。
教师鼓励学生说出核废料可能带来的问题，对环境的影响和核废料处理方法。
（三）课堂练习：
1．下列说法正确的是(　　)
A．人们制成了原子弹，从而实现了用人工方法控制链式反应的速度，和平利用核能
B．较大的核裂变时放出能量，则聚变时肯定要吸收能量
C．较小的核聚变必须在超高温下才能进行
D．氢弹是利用较小的核聚变制成的，它的威力比原子弹要小
2．下列关于核能的说法正确的是(　　)
A．物质是由原子组成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B．到目前为止，人类获得核能有两种途径，即原子核的裂变和聚变
C．原子弹和氢弹均利用了原子核裂变的原理
D．原子核只有在人为的条件下才会发生裂变和聚变
3．目前释放核能的方式有两种：一是使原子核裂变，二是使原子核________。1938年，科学家首次用________(选填“电子”“中子”或“质子”)轰击比较大的原子核，使其发生裂变，变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。1 kg铀全部裂变释放的能量超过2 000 t煤完全燃烧时释放的能量。如果煤的热值为3×107 J/kg，那么1 kg铀全部裂变释放的能量至少为________J。
【答案】1.C　2.B　3.聚变　中子 6×1013
（四）课堂小结：
通过今天的学习你学到了什么？有什么成功的经验和收获？
1．核能：质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核互相结合，就有可能释放出惊人的量，这就是核能。
2．裂变和聚变。
（五）作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
第2节　核能
(一)核能
1．原子核：质子、中子
2．巨大的核能
(二)裂变
1．裂变：质量大的原子核发生分裂
2．裂变的应用：核电站、原子弹
(三)聚变
1．聚变：质量很小的原子核在超高温下结合
2．聚变的应用：氢弹
【课后反思】
学习本节知识后，同学们了解到现在还不能像控制裂变那样有效地、随心所欲地控制聚变，控制聚变反应是一个非常吸引人的课题，培养学生探索物理的欲望。引导学生课下搜集核能资料，了解核能的优点和可能带来的问题。
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