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核裂变与核聚变（教学设计）
课题 核裂变与核聚变
教学分析 前面已经学习了关于原子核方面的知识，已经有了一定的基础。本节内容由核裂变、核聚变以及核能的利用三部分组成。利用核能除了裂变，还可以利用聚变与热核反应，认识核能的和平利用能为人类造福。在核裂变的三分裂和四分裂以及原子弹和氢弹的研制方面，可以介绍我国在这方面的成就，对学进行爱国主义教育。
学情分析 核裂变核聚变是核物理的基础，也是学生们比较感兴趣的原子弹、氢弹的入门知识。高中生对这一块不是很熟悉，但对此内容却非常感兴趣，有比较浓烈的求知欲。对教师来说，如何将深奥的核物理给高中生讲，并让能大致解答他们的疑惑，为后续大学的相关专业学习埋下伏笔，这是这节课的重点。基于此，本节课从核物理现象出发，逐一介绍相关概念，科学家的探究，目前人类的应用，以及目前人类遇到的问题。让同学们在学习知识点同时，增强自身的使命感，为以后的科研事业埋下种子。
教学目标 物理观念∶知道核聚变与和裂变的不同，通过核反应方程能计算所释放的能量。科学思维∶能够分清楚裂变和聚变的含义，知道当前核聚变是不受控制的。科学探究：通过核裂变的示意图推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理学常用的方法一——推理法。科学态度与责任∶通过观看我国原子弹氢弹的爆炸视频，激发学生献身国防的爱国主义热情。
教学重难点 教学重点：核裂变、核聚变。教学难点：核裂变。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？ 阅读课本问题，思考如何利用原子核在分裂和合并过程中产生的能量。观察原子弹爆炸的图片。 通过引导学生思考如何利用原子核分裂和合并过程中产生的能量。提高学生的学习兴趣。
新课教学 一、核裂变的发现 1、核裂变核裂变：重核受粒子打击，分裂成质量较小的核，释放核能的反应。⑴铀核裂变的一种典型情形（最典型的一种核反应方程式）⑵铀核的三分裂、四分裂概率：三分裂： 四分裂：1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。链式反应⑴定义：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，这种反应叫核裂变的链式反应。（2）临界体积和临界质量：使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。 发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。思考：如图为核裂变示意图。(1)重核裂变是一种天然现象吗？(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案：(1)不是　(2)不能解析：重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。3、核裂变释放大量的能量 一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!小试牛刀【例题】 (多选)关于重核裂变的说法正确的是(　AD 　)A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子D.裂变过程中释放能量，质量亏损【例题】铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　C　)A.铀块的质量是重要因素，与体积无关B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关 学习裂变的概念。知道裂变的过程。通过核裂变方程，观察核反应遵循的规律：质量数守恒、电荷守恒。观看视频总结链式反应的概念以及发生链式反应的条件。引发学生思考完成课堂练习。 通过类比细胞的分裂，让学生更好的理解“裂变”的概念。让学生明确链式反应的概念，并由学生总结链式反应发生的条件。提高学生的自主学习能力。带动同学的学习积极性通过课堂练习，巩固基础知识。
1、反应堆：通过可控制的链式反应来释放核能的装置。①铀棒：由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料。②石墨(或重水)：石墨(或重水)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。③镉棒：主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。④水泥防护层：屏蔽射线，防止放射性污染。2、核电站⑴核电站工作流程核电站工作流程 在反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏障裂变反应放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器深埋地下。 原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。小试牛刀【例题】(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是(　ABD　)A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能B.镉棒的作用是控制反应堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 观察核反应堆结构。完成课堂练习。 通过观察核反应堆的结构图、阅读课本材料，理解人工控制链式反应的原理。让学生明白科技在推动人类进步的同时，也可以给人们带来灾难，培养学生的爱国主义精神。
三、核聚变 1、核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍，核反应方程：思考与讨论: 要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？⑴用加速器加速原子核 ⑵对物质加热到很高的温度108～109K当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变。因此，核聚变又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。2、核聚变普遍存在于宇宙中 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒辐射出的能量约为3.8x 1026J，相当于1 000亿亿吨煤燃烧所放出的能量，其中20亿分之一左右的能量被地球接收。现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳，即太阳内部核聚变时释放的核能。 科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！核聚变的利用——氢弹观看视频：可控核聚变的方案⑴磁约束带电粒子运动时在均匀磁场中受洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。⑵惯性约束 由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。 类比核裂变理解记忆核聚变的含义。思考让粒子加速的方法。阅读课本材料。了解实现核聚变的困难之处和所采取的方案。观看视频 让学生在学习过程中学会对比和归纳。养成良好的学习习惯。
课堂总结 一、核裂变的发现1、定义2、链式反应3、链式反应条件二、核聚变1、轻核的聚变2、受控热核反应 学生总结本节课知识点 帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
作业设计 作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价 本课时关于“核裂变与核聚变”的教学内容是高中物理的重要知识点。针对此教学内容的教学过程进行深入反思，可总结出诸多体会和思考。一、教材内容把握准确本次教学设计成功地对核裂变与核聚变的概念、原理及其应用进行了深入浅出的讲解。在教学内容的把握上，我准确理解了教材要求，将重点放在了核反应的原理和过程上，同时结合实例，让学生更好地理解和掌握这一抽象概念。二、学生参与度高在教学方法上，我注重了学生的参与和互动。通过提出问题、引导学生进行思考和讨论，激发了学生的学习兴趣和积极性。同时，我还采用了多媒体教学手段，如视频、图片等，使学生更加直观地了解核裂变与核聚变的过程。三、难点突破有效针对本节课的难点内容，我采用了多种方法进行突破。例如，在讲解核反应堆的工作原理时，我通过模型演示和动画展示，使学生更加清晰地理解了这一过程。此外，我还结合实例进行讲解，使学生能够更好地将理论知识与实际应用相结合。四、教学方法灵活多样在教学方法上，我灵活运用了多种教学手段和方法。除了传统的讲授法外，还采用了小组讨论、案例分析等方法，使学生在多种教学环境中学习和思考。这种多样化的教学方法有助于提高学生的思维能力和解决问题的能力。五、课堂氛围良好本次课堂氛围良好，师生互动频繁，学生参与度高。在课堂过程中，我注重激发学生的学习兴趣和好奇心，使学生在轻松愉快的氛围中学习知识。同时，我还关注学生的情感需求，及时给予鼓励和肯定，增强了学生的学习自信心。六、需改进之处虽然本次教学取得了较好的效果，但仍有一些地方需要改进。例如，在时间安排上，部分内容的讲解可能过于匆忙，导致学生未能充分理解和掌握。在今后的教学中，我将更加注重时间的合理安排，确保学生有足够的时间进行思考和练习。此外，我还将进一步关注学生的个体差异，针对不同学生的需求进行个性化的教学指导。七、总结与展望本次“核裂变与核聚变”的教学设计取得了较好的效果，学生能够较好地掌握核反应的基本原理和应用。在今后的教学中，我将继续努力提高自己的教学水平，关注学生的需求和反馈，不断优化教学方法和手段。同时，我还将关注物理学科的前沿发展，及时将新的研究成果和教学方法引入课堂，激发学生的学习兴趣和好奇心，提高教学质量。通过不断努力和探索，我相信自己能够更好地完成高中物理课程的教学任务，为学生的全面发展做出更大的贡献。
恒星

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