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/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
永恒的探索：宇宙和粒子
第三节　核能的开发与利用
教 材 解 读 　本节内容是本章知识结构的核心,教学是围绕核能、核能的利用、核安全三个方面进行的。帮助学生了解新能源,认识核能在能源结构中的地位和作用,培养科学思维和对社会问题的关注,为进一步学习物理和能源知识打基础,也引导学生思考科技与社会的关系,树立正确的科学观和价值观。
学 习 目 标 物理观念 　1.清晰阐述核能概念,理解核裂变、核聚变原理,掌握核电站能量转化过程。 　2.能解释核能在生活生产中的应用,形成正确能量观和物质观。
科学思维 　通过分析核能的获取与应用,培养逻辑思维,能对核能的利弊辩证思考,学会用物理模型理解链式反应等,提升抽象思维与科学推理能力。
科学探究 　经历对核能相关问题的探究,如调查核电站运行,能提出问题、设计方案、收集处理信息,培养团队协作和创新能力,掌握科学探究方法。
科学态度 与责任 　认识核能对社会发展的重要性,关注核安全问题,树立严谨科学态度,增强安全意识和社会责任感,客观看待核能发展。
重 点 难 点 　重点:核裂变、核聚变原理,核电站工作原理,核安全重要性。 　难点:链式反应等抽象概念,辩证看待核能利弊。
教学 方法 　讲解法。
教 学 设 计 　本节教学内容主要采用“材料准备-交流讨论”的模式,引导学生讨论学习人类利用能源的简史、能源分类以及未来能源趋势,并重点结合能源利用的发展,使学生认识到能量的转移和转化。通过学生课前收集资料,课堂上相互交流和讨论的学习方式,拓展学习内容的深度与广度,培养学生收集信息和处理信息的能力。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 师:同学们,你们知道广岛吗 1945年8月6日,美国向日本广岛投下第一颗原子弹,该城大部分被摧毁。 过渡语:你知道为什么原子弹的威力这么大吗 你想知道它的原理吗 学习了本节知识后你就会明白了。 学生思考、交流 教师提问,意在使学生对核能方面知识产生浓厚兴趣。
【探究新知】 一、核能 展示原子弹爆炸、核电站的图片,播放太阳发光发热的视频片段。 核能概念讲解,通过举例,如原子核的变化会伴随巨大能量释放,让学生理解核能是原子核发生变化时释放的能量。 核裂变:借助动画演示铀核裂变过程,讲解链式反应,通过具体例子说明链式反应的原理和特点。 核聚变:展示核聚变的示意图,讲解核聚变原理及条件,对比核裂变与核聚变。联系生活,介绍太阳内部核聚变。让学生讨论核聚变的应用前景。 二、核能的利用 讲解核燃料在核能利用中的关键作用。介绍铀-235是核裂变主要燃料,说明其在自然界储量及浓缩方法。简单提及钚-239等其他核燃料。 观察、思考、交流 讨论、交流、思考、总结 引导学生思考这些现象与能量的关系,引出核能的概念。 组织学生讨论原子弹和核电站的区别。了解核聚变的应用前景。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
核电站的利用:展示核电站示意图,用动画演示工作流程。详细讲解核反应堆中核裂变产热,热量使水变成水蒸气,蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。如“华龙一号”核电机组福清核电5号和6号。然后再组织小组讨论核能发电的优缺点。 三、核安全 讲解核能在高效发电、减少温室气体排放等方面的优势。通过切尔诺贝利、福岛核事故案例,分析核能利用中核泄漏、核废料处理等劣势。组织学生讨论,引导全面认识核能。 广义的核辐射,从原子核的变化出发,解释核辐射是放射性物质以波或粒子形式释放能量的现象。介绍常见的核辐射类型,如α、β、γ射线和中子辐射。通过生活中的例子,如天然放射性物质、医疗检查中的辐射,让学生理解核辐射的普遍性。知道核辐射的标志。 防辐射的方法引导,讲解在日常生活中,如面对医疗辐射、放射性物质污染时的防护措施,如穿戴防护服、避免接触污染源等。强调在核设施附近,遵循应急疏散指示的重要性。介绍降低辐射影响的方法,如减少暴露时间、增加与辐射源的距离、利用屏蔽材料等。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 交流、讨论、类比 了解、思考、讨论、总结 培养学生合作探究能力,明确核电站的优势。 使学生树立正确的核安全观念,增强自我保护意识和社会责任感。
学点　核能的开发与利用
问题1:1905年,爱因斯坦用公式　E=mc2　揭示了质量为m的物质与其所具有的能量之间的关系。
问题2:获得核能的方法:　核裂变　和　核聚变　。原子弹是根据　核裂变　的原理制成的;核电站利用的是　核裂变　;氢弹是利用　核聚变　的原理制成的,太阳内部在不停地发生　核聚变　。
问题3:如果要使核聚变得到和平利用,就要使核聚变反应平稳受控进行,这就是　受控热核反应　。中国、美国、俄罗斯等国和欧洲的可控核聚变实验装置都在运行和改进之中。
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永恒的探索：宇宙和粒子
第三节　核能的开发与利用
　　方式　【情境导入】
师:为了打破核垄断,抵制核讹诈,我国科技工作者自力更生、发奋图强,从1960年起自己进行核武器的研制,用了短短4年时间就完成了研制工作,并于1964年10月16日成功地爆炸了我国第一颗原子弹。
多媒体播放视频:我国第一颗原子弹爆炸的实况。
多媒体播放视频:我国第一颗氢弹试爆实况。
师:这是我国第一颗原子弹爆炸的实况,其威力超过了第二次世界大战期间美国在日本广岛上空爆炸的原子弹。紧接着于1967年6月17日我国又成功地爆炸了第一颗氢弹,完成了其他国家要十几年或几十年才能完成的工作。
过渡语:我们都知道原子弹和氢弹都属于核武器,它们威力巨大,它们是怎样利用核能的呢 学习本节知识后我们就可以解答这些问题。引入新课。
1.核能及其利用
(1)核裂变:较重的原子核分裂释放能量的过程,叫作核裂变。用中子轰击铀235原子核,在铀核分裂时释放出核能,同时还会产生几个新的中子,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,如图16-3-1所示。
图16-3-1
图16-3-2
(2)核聚变:较轻的原子核聚合在一起释放能量的过程,叫作核聚变。如图16-3-2所示。
(3)核能:通过核反应从原子核中释放的能量就是核能。
(4)核反应堆能够控制链式反应的速度,使其缓慢、平稳地释放核能。利用核反应堆工作时释放的能量使水汽化,推动蒸汽轮机发电,这就是核电站发电原理。核电站是和平利用核能的典范。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。
(5)聚变反应要求一开始就要有很高的温度,因此聚变反应又叫热核反应。氢弹就是根据轻核聚变的原理制成的,氢弹是一种比原子弹威力更为巨大的核武器。到目前为止人类还不能控制核聚变缓慢地释放能量。
[温馨提示]①现在的核电站都是利用核裂变的可控链式反应来发电的,核电站发电的能量转化过程是:核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
②核能发电的优点:节省了大量常规能源,而且用料省,运输方便;核能发电不全产生硫化物、碳氢化合物、烟尘等污染物,不会对大气形成污染。
2.裂变与聚变讲解素材
在讲解“裂变”与“聚变”内容时,可分别适时插播我国第一颗原子弹和氢弹爆炸的视频片段或展示爆炸图片如图16-3-3所示。
图16-3-3
[中考解读] 本节内容中,核能及其利用是中考的热点,如链式反应、裂变与聚变是中考的常考点,中考中多以选择题、填空题的形式进行考查。
[考点对接] 核能的利用
例1　(芜湖中考)关于核能的获得,下列说法中正确的是 (　　)
A.核反应堆是原子核裂变时,在极短时间内释放出大量核能的装置
B.氢弹是利用核裂变的原理制成的
C.核电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电能的装置
D.目前,在核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变
[答案] C
例2　(东营中考)核电站发电流程如图16-3-4所示,在核电站的发电过程中,下列所述能量转化顺序正确的是 (　　)
图16-3-4
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
[答案] C
材料一——核聚变和核裂变有什么区别
裂,即分裂,是一个变多个;聚,即聚集,是多个变一个。
对于核裂变和核聚变,其本质是一样的,都是在转换的过程中损失了质量,变成了能量。对于当前的应用来讲,核聚变一般是指氘和氚聚变成氦的过程,核裂变有钍、铀233、铀235、钚239等的裂变。
从控制的角度来讲,二者的区别是,裂变容易控制和引发,只需控制中子流的密度,而聚变不容易控制,需要上亿摄氏度的高温,但聚变却是宇宙中最常见的核反应。从环境的角度来讲,二者的区别是,裂变更加污染环境,而聚变相比就要好很多。无论是从控制还是从环境的角度来区分,都不能说明这两类反应的本质区别,而只是不同原料和方式的区别。我们将来也有可能会发现更容易控制的聚变方式和原料或裂变方式和原料,而且没有污染,比如说正反物质的湮灭。
核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核,像钍90、钍232、铀233、铀235等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出两个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……使裂变过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,俗称原子能。1 g铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.7 t煤所产生的能量。
核聚变的过程与核裂变相反,是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变,比如氢的同位素氘、氚等。核聚变也会放出巨大的能量,而且比核裂变放出的能量更大。
太阳内部连续进行着氢聚变成氦-2和氦-4的过程,太阳的光和热就是由核聚变产生的。比原子弹威力更大的核武器氢弹,就是利用核聚变来发挥作用的。
　　材料二——氢弹
氢弹的杀伤力巨大,不仅爆炸时会产生巨大的热量,而且还会释放出各种射线。
三相弹是目前装备得最多的一种氢弹,它的特点是威力和比威力都比较大。在其三相弹的总威力中,裂变当量所占的份额相当高。一枚威力为几百万吨TNT当量的三相弹,裂变份额一般在50%左右,放射性沾染较严重,所以有时也称之为“脏弹”。
氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能,要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此,比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要性质。当基本结构相同时,氢弹的比威力随其重量的增加而增加。二十世纪六十年代中期,大型氢弹的比威力已达到了很高的水平。小型氢弹则经过了六十年代和七十年代的发展,比威力也有较大幅度地提高。
　　材料一　核聚变和核裂变有什么区别 　　材料二　氢弹 　　——详见电子资源
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