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教學目標
1.知道聚變的概念。2.了解發生聚變反應的條件及聚變反應的特點。3.了解可控熱核反應研究的進展情況。4.通過學習,使學生進一步認識導科學技術的重要性,更加熱愛科學、勇于獻身科學。教學重點、難點分析
發生聚變的條件及聚變反應的特點。課時安排
1課時課前準備
教師:有關氫彈構造及其情況的影象資料、查找有關可控熱核反應的最新動態。學生:上網或去圖書館查找有關熱核反應的資料。教具
教具:實物投影儀,多媒體課件。教學過程○引入新課
能源是推動科學技術和經濟高速發展的動力保障,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、可持續發展的新能源。近年來,核能作為一種新能源倍受人們關注,重核裂變和輕核聚變是獲得核能的兩個重要途徑。這節課我們學習輕核的聚變。○新課教學
【板書】第七節輕核的聚變
一、輕核的聚變學生閱讀課本第一、二段,分組討論,歸納總結,回答問題。問題:
1.是否任意核聚變在一起都釋放出能量?為什么?
2.什么叫輕核的聚變?
3.發生輕核聚變的條件是什么?
結合裂變知識,引導學生回答問題1:不是任意核聚變在一起都能釋放能量。由愛因斯坦質能方程可知,只有在反應中出現質量虧損,即生成物的總質量小于反應物的總質量時,才能放出能量。
【板書】1.什么叫輕核的聚變?
把輕核結合成質量較大的核,釋放出核能的反應叫做輕核的聚變,簡稱聚變。
教師補充,常見的聚變反應有
H+H→H+H+4MeV
H+H→He+n+17.6MeV
【板書】2.發生聚變的條件
要使輕核發生聚變,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,必須克服巨大的庫侖斥力,這就要求原子核有很大的動能。
怎樣才能使輕核獲得足夠大的動能來產生聚變呢?
方法之一就是將物質加熱。溫度越高,分子的熱運動越劇烈,分子熱運動的平均動能越大。當物質達到幾百萬攝氏度以上的高溫時,劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能,可以克服原子核間的庫侖斥力,在碰撞時發生聚變。因此,聚變反應有叫熱核反應。熱核反應一旦發生,就不再需要外界給它能量,靠自身產生的熱就可以使反應進行下去。
根據你收集的資料,還能通過什么方法實現核聚變?
日英開發出激光核聚變新方法,有關在近日出版的英國《自然》雜志上。
有人提出利用電解重水的方法實現低溫核聚變,但是未經證實。
學生閱讀課本,總結聚變反應的特點。
【板書】3.聚變反應的特點
⑴和裂變相比,聚變反應釋放的能量更多
例如,一個氘核和一個氘核發生聚變,其核反應方程是
H+H→He+n
教師給出數據,讓學生計算該反應釋放的能量。
氘核的質量:mD=2.014102u
氚核的質量:mT=3.016050u
氦核的質量:mα=4.002603u
中子的質量:mn=1.008665u
1u=1.6606×10-27kg,e=1.6022×10-19C
根據質能方程,釋放出的能量
△E=△m·c2
=(mD+mT-mα-mn)c2
=eV
=17.6MeV
平均每個核子放出的能量約為3.3MeV,而鈾核裂變時平均每個核子釋放的能量約為1MeV。
【板書】⑵.聚變材料豐富
1L海水中大約有0.03g氘,如果發生聚變,放出的能量相當于燃燒300L汽油。
常見的聚變反應
H+H→H+H+4MeV
H+H→He+n+17.6MeV
在這兩個反應中,前一反應的材料是氘,后一反應的材料是氘和氚,而氚又是前一反應的產物。所以氘是實現這兩個反應的原始材料,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】⑶安全、無污染
聚變產物基本上是穩定的氦核,沒有放射性,不污染周圍環境。而常規裂變反應堆會產生壽命長放射性較強的核廢料,容易引起環境污染。
師述:可見,輕核的聚變是一種理想的解決能源的途徑。通過閱讀課本和大家查找的資料了解目前對聚變能的應用情況。
【板書】二、可控熱核反應
1.聚變能的應用
⑴太陽能。熱核反應在宇宙中是很普通的。太陽和許多恒星內部,溫度高達107K以上,就滿足熱核反應的條件。太陽內部的氫核在極高溫下聚變成氦核,每秒釋放的能量達3.8×1026J。地球只接收了其中的二十億分之一左右。對太陽能的應用主要是:地球上萬物生長離不開太陽的光和熱;太陽能熱水器、太陽能電池等等。
師述:查閱資料,更多、更詳細地了解太陽能的應用。
【板書】⑵氫彈。氫彈是利用熱核反應制造的一種大規模殺傷武器,在其中進行的是不可控熱核反應。
師述:氫彈比原子彈復雜一些,它需要用原子炸藥來引爆。以獲得熱核反應所需的高溫,而這些原子炸藥又要用普通炸藥點燃。
【錄像】氫彈的構造簡介及其爆炸情況。
但要使聚變反應所產生的能量用于和平目的,則需實現可控熱核反應。
【板書】2.可控熱核反應
世界上許多國家都在積極研究可控熱核反應的理論和技術。我國在這方面已經具有一定的實力,取得一定的成果。最近,位于合肥西郊的中國科學院等離體物理研究日前傳出喜訊:基于超導托卡馬克裝置HT—7的可控熱核聚變研究再獲突破,運行參數居世界前兩位。據介紹,本輪實驗有來自美、日等14個研究機構的18位外籍專家參與,HT—7裝置成為名副其實的國際可控熱核聚變研究大舞臺。
據專家估計,可控熱核聚變可能在本世紀40年入商業運營,人類從此將擁有用之不竭的潔凈能源。在這個中外科學家百年共同努力的造福人類的“千年工程”上,人們將會看到中國人月HT—7搭建的里程碑。相關內容可上網上查詢。【教學設計說明】1.本節課重在讓學生知道聚變反應能夠釋放能量,了解發生熱核反應的條件及其特點。課本的內容只是點到為止,在高中階段不易展開,所以處理本節課時,采取讓學生閱讀、討論、總結的方法,培養學生收集和處理信息的能力、口頭交流的能力。教師在教學過程中可以補充一些相關知識。2.聚變反應作為一種理想能源,備受人們關注。鼓勵學生查閱一些有關現代科技的資料,多了解一些有關聚變反應的知識。例如,太陽能的應用,對“可控熱核反應”研究的進展等等。【參考資料】受控熱核反應是一門新興的科學至今才有二十年的歷史。由于工農業生產的發展,能源的需要急劇上升。據統計,世界能源的需要每八年翻一番,受控熱核反應是核能利用的第二條途徑,有可能是一個新的廉價的巨大能源,因此,這門學科受到各國的普遍重視,發展極為迅速。有關資料可在下列網站查找:①②61.142.127.149/resoure③④【作業】1.查閱資料,進一步了解人類對聚變能利用的研究及取得的成果。2.練習四第⑶題。