9.7核聚变教案(新人教版选修3-5)

氢核的聚变

〖教学目标〗

1.知道原子核的人工转变,知道核能的概念.

2.了解爱因斯坦的质量方程,知道质量亏损的概念.

3.会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能.

〖教学重点与难点〗聚变方程及聚变中能量的计算

〖主要教学过程〗

引入新课

人类的生产和生活都离不开能源．目前可供开采的，作为主要能源的煤、石油和天然气等越来越少，所以人们开始致力于寻找新能源．爱因斯坦提出的质能方程，为我们指明了获取巨大能量的途径，而重核裂变、轻核聚变则是获取这些巨大能量的最可行的方式．本节课我们学习轻核的聚变．

新课教学

引导学生阅读课本，分组讨论、归纳总结，回答下列问题：

1．明确什么是聚变反应。

2．聚变反应有哪些特点?

3．是否任意核聚在一起都能释放出能量?为什么?

4．如何实现聚变反应?

5．对聚变能的利用．

一、聚变反应及其特点

让学生依次回答上述问题，教师可根据需要进行补充

l 、聚变反应

由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变.

2．聚变反应的特点

聚变反应的特点主要有3个

⑴和裂变相比，聚变反应释放的能量更多。

例如，一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是

n He H H 1042311

1+→+

根据已知的数据

氘核的质量：m D =2.014102u 氚核的质量：m T=3.016.050u

氦核的质量：m α=4.002603u 中子的质量：m n =1008665u

该反应释放能量为MeV mc E 6172

.=∆=∆

平均每个核子放出的能量为3.3MeV

⑵聚变材料丰富

1L 海水中大约有0．03g 氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L 汽油． 常见的聚变反应

MeV H H H H 0041131212

1.++→+ MeV n He H H 6171042312

1.++→+

在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应

的产物．所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的．

⑶安全、无污染。

聚变产物基本上是稳定氦核，没有放射性，不污染周围环境．而裂变产物一般都有放射性，容易引起环境污染．

可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源问题的途径．那么，是不是任意的核聚在一起就释放能量呢?

不是．由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量．

二、热核反应及其应用

1、热核反应

使轻核发生聚变的方法之一就是将物质加热．温度越高，分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大．要使轻核发生聚变需要达到很高的温度——几百万摄氏度，这时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能来克服原子核间巨大的库仑斥力，达到10—15m的近距离，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．

2、热核反应的应用

⑴太阳能

热核反应在宇宙中是很普遍的．太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，满足热核反应的条件．太阳内部的氢核在极高温度下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J．地球只接受了其中的二十亿分之一左右．对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等．

查阅资料，更多更详细地了解对太阳能的应用，

⑵氢弹．

氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应．氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药点燃．

氢弹的构造简介及其爆炸情况．

⑶可控热核反应．

若要使聚变反应所产生的能量用于和平目的，则需实现可控热核反应．目前人类还没能实现这一目标．世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术．我国在这方面已经具有一定的实力，取得一定的成果，并将对人类探求新能源的事业作出自己的贡献．

小结

对聚变和裂变在中学物理中地位相同，解决问题时牢牢掌握核反应前后的质量变化，再利用爱因斯坦的质能方程，计算求解．

巩固练习

试求在氢弹中当合成1kg的氦时所释放出的能量．(氘核的质量为2.0136u，氚核的质量为3.0166u，氦核的质量为40026u，中子的质量为10087u)

作业