人教课标版高中物理选修3-5：《核裂变》教案-新版

19．6 核裂变
★教材分析与学情分析
本节知识从内容上来讲非常抽象，从掌握知识的角度来讲理解、记忆的成分较多。

因此本堂课应该引导学生进行讨论，加深对相关内容的理解。

当前，在新能源的开发和利用中，核能非常重要。

核能包括裂变能和聚变能，本节只讨论裂变能的产生及其和平利用。

教材沿重核裂变→链式反应（可控链式反应）→核电站这条主线展开。

教学方法主要是以学生阅读教材、背景材料及相关图片为基础，以问题为中心，锻炼学生的思维能力。

而对于裂变能的计算应引导学生复习前面学过的相关知识，注重知识的迁移。

★核心素养
通过《核裂变》的学习过程培养学生的逻辑推理能力及应用数学图像处理物理问题的能力。

激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，思考科学与社会的关系。

让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。

确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

★教学目标
1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。

2．知道什么是链式反应。

3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。

4．知道什么是核反应堆。

了解核电站的工作原理及核能发电的优缺点。

★教学重点
1．链式反应及其释放核能的计算。

2．重核裂变的核反应方程式的书写。

★教学难点
1．通过核子比结合能与质量数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。

2．维持链式反应的条件。

★教学过程
（一）简要复习，引入新课
复习本章第5节的主要内容，给出原子核的比结合能与质量数关系的图像。

教师：同学们来看一下这个图像，从图像上大家可以获得哪些信息？
学生：中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大。

教师：那大家猜想一下，获得核能的途径有哪些？
学生：使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，核子将发生新的质量亏损，释放新的结合能。

老师：对了，物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。

把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。

今天这节课我们先来学习核裂变的相关内容。

点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。

（二）进行新课
老师：请同学们带着以下几个问题阅读课文：
1、什么是核裂变？了解一下铀核裂变的发现史。

2、铀核裂变的产物有什么特点？在其裂变过程中，如何计算释放的核能？
3、什么是链式反应？发生链式反应的条件有哪些？
4、核电站的核心设施是什么？主要由哪几部分组成？了解一下核电站的工作原理。

点评：通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。

1．核裂变（fission）
提问：什么是核裂变？
让学生一起回答。

重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变。

教师总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。

提问：首先发现核裂变反应的是哪几位科学家？
学生回答：德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现。

点评：让学生了解铀核裂变的发现史。

给出铀核裂变的示意图。

老师：中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核力迅速减弱，不足以克服质子之间的库仑斥力，
核就分裂成两部分。

点评：介绍重核裂变的机制，让学生对这个问题有个深入的了解，也对照复习了相关核力的内容。

2、铀核裂变的产物的特点及核能的计算
（1）铀核的裂变的一种典型反应。

提问：铀核裂变的产物，最典型的一种核反应方程式是什么样的？ 学生回答：
n kr Ba n U 1
03++→+8936144561023592
提问：铀核裂变是不是只有这样一种形式？裂变的产物有什么特点？ 学生回答：裂变的产物不是唯一的。

教师：还有一种常见的铀核裂变反应方程式，我们通过一道例题来了解一下。

给出本节课的第一道例题：
例题1、铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：
235 92U ＋10n→a ＋b ＋210n ，则
a ＋
b 可能是( ) A.140 54Xe ＋9336Kr
B.141 56Ba ＋9236Kr
C.141 56Ba ＋9338Sr
D.140 54Xe ＋9438Sr
学生完成例题，老师提问并总结：书写核反应方程式要尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造。

点评：通过让学生练习的过程，一方面了解另外一种常见的铀核裂变方程式，另外一方面巩固书写核反应方程式的方法和原则。

教师：铀核裂变的产物是多样的，甚至可能分裂为三部分或四部分。

值得一提的是首先发现铀核三分裂和四分裂现象的是我国著名科学家钱三强和何泽慧夫妇。

介绍两位科学家在核裂变研究中作出的贡献。

点评：利用这点向学生进行爱祖国、爱科学的教育。

（2）铀核裂变过程中释放的核能的计算：
提问：上述裂变过程中，如何计算释放的核能呢？
学生：利用爱因斯坦给出的质能方程，先计算核反应前后亏损的质量Δm ，再代入方程中进行求解。

给出本节课的第二道例题：
例题2、用中子轰击铀核(错误！未找到引用源。

)，其中的一个可能反应是分裂成钡(错误！未找到引用源。

)和氪(错误！未找到引用源。

)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：
m U＝390.313 9×10-27 kg，m n＝1.674 9×10-27 kg，m Ba＝234.001 6×10-27 kg，m Kr＝152.604 7×10-27 kg. 试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．学生计算：
质量亏损Δm=0.3578ⅹ10-27kg
释放的核能ΔE=Δmc2=201MeV
学生在下面完成这道例题后，教师板书讲解这道例题。

点评：通过这道例题的练习，使学生掌握计算核裂变中释放的能量的方法。

利用这道题目的数据引出链式反应的概念。

（3）链式反应：
提问：链式反应〔chain reaction〕是怎样进行的？
学生回答：这种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，叫做核裂变的链式反应。

给出反应的示意图，教师讲述链式反应的基本过程。

点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。

（4）维持链式反应的条件：
提问：发生链式反应的一个重要条件是什么？
学生回答：铀块的体积要大于临界体积。

通常把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。

提问：除了铀块大小这个重要因素以外，还需要哪些条件呢？
学生回答：还要有足够多的慢中子和足够浓度的铀235。

点评：这几个问题着重培养学生归纳与概括知识的能力。

3、核电站
老师：1kg铀全部裂变，它放出的能量相当于2800吨优质煤完全燃烧时释放的能量。

裂变能完全可以作为新式能源使用。

提问：核电站的核心设施是什么？
学生：核反应堆。

给出核反应堆各部分示意图。

提问：核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？
让学生阅读课本核电站部分内容，分小组讨论。

每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。

学生回答：铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。

学生回答：控制棒由镉做成，用来控制反应速度。

学生回答：减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。

学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。

给出核电站工作流程图。

教师对核电站的工作原理进行简要介绍。

教师（提问）：核能发电的优点、缺点？
例题3、(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于( )
A．核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远多于煤炭
C．核电站造成的污染大于相等发电能力的火电站
D．核电站比火电站更容易建造
学生回答问题；教师总结：核电站比起火电站效益更高，对环境的污染相对而言更少。

但建造核电站需要更高的技术要求。

点评：通过这道例题，使学生了解利用核能发电的利与弊。

（三）课堂小结
通过本堂课的学习，主要让学生知道核裂变的概念，知道什么是链式反应，会计算重核裂变过程中释放出的能量，知道什么是核反应堆，了解核电站及核能发电的优缺点。

本堂课的学习主要采用让学生自学阅读、小组相互交流、师生共同概括，学生讨论等方式来组织教学，主要培养学生合作式学习的能力，自主学习的能力和习惯。

让学生树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养。

（四）课堂训练
（五）作业：
（1）本周的问题征解
（2）课本问题与练习5、6
★教学体会
本节内容比较抽象，应让学生多思考、多总结、多归纳，体验知识的获得过程，加强对知识的理解。

让学生树立实事求是的科学态度，培养学生严谨、踏实的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。