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【核心素養(yǎng)】5.4 核裂變與核聚變 核裂變與核聚變 教學(xué)設(shè)計 (表格式)

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【核心素養(yǎng)】5.4 核裂變與核聚變 核裂變與核聚變 教學(xué)設(shè)計 (表格式)

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核裂變與核聚變(教學(xué)設(shè)計)
課題 核裂變與核聚變
教學(xué)分析 前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了關(guān)于原子核方面的知識,已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容由核裂變、核聚變以及核能的利用三部分組成。利用核能除了裂變,還可以利用聚變與熱核反應(yīng),認(rèn)識核能的和平利用能為人類造福。在核裂變的三分裂和四分裂以及原子彈和氫彈的研制方面,可以介紹我國在這方面的成就,對學(xué)進(jìn)行愛國主義教育。
學(xué)情分析 核裂變核聚變是核物理的基礎(chǔ),也是學(xué)生們比較感興趣的原子彈、氫彈的入門知識。高中生對這一塊不是很熟悉,但對此內(nèi)容卻非常感興趣,有比較濃烈的求知欲。對教師來說,如何將深奧的核物理給高中生講,并讓能大致解答他們的疑惑,為后續(xù)大學(xué)的相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)埋下伏筆,這是這節(jié)課的重點。基于此,本節(jié)課從核物理現(xiàn)象出發(fā),逐一介紹相關(guān)概念,科學(xué)家的探究,目前人類的應(yīng)用,以及目前人類遇到的問題。讓同學(xué)們在學(xué)習(xí)知識點同時,增強(qiáng)自身的使命感,為以后的科研事業(yè)埋下種子。
教學(xué)目標(biāo) 物理觀念∶知道核聚變與和裂變的不同,通過核反應(yīng)方程能計算所釋放的能量。科學(xué)思維∶能夠分清楚裂變和聚變的含義,知道當(dāng)前核聚變是不受控制的。科學(xué)探究:通過核裂變的示意圖推理出三分裂和四分裂的概念,了解物理學(xué)常用的方法一——推理法。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶通過觀看我國原子彈氫彈的爆炸視頻,激發(fā)學(xué)生獻(xiàn)身國防的愛國主義熱情。
教學(xué)重難點 教學(xué)重點:核裂變、核聚變。教學(xué)難點:核裂變。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
新課導(dǎo)入 較重的核分裂成中等大小的核,較小的核合并成中等大小的核的過程中,都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器,利用的就是這些核能。在這些裝置中,核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢? 閱讀課本問題,思考如何利用原子核在分裂和合并過程中產(chǎn)生的能量。觀察原子彈爆炸的圖片。 通過引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用原子核分裂和合并過程中產(chǎn)生的能量。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
新課教學(xué) 一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 1、核裂變核裂變:重核受粒子打擊,分裂成質(zhì)量較小的核,釋放核能的反應(yīng)。⑴鈾核裂變的一種典型情形(最典型的一種核反應(yīng)方程式)⑵鈾核的三分裂、四分裂概率:三分裂: 四分裂:1947年我國著名物理學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦在巴黎首先觀察到中子轟擊鈾核的三分裂和四分裂現(xiàn)象。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)⑴定義:當(dāng)一個中子引起一個重核裂變后,裂變釋放的中子再引起其他重核裂變,且由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程,這種反應(yīng)叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(2)臨界體積和臨界質(zhì)量:使裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積,相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。 發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件:鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量,或者鈾塊的體積大于臨界體積。思考:如圖為核裂變示意圖。(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎?(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎?答案:(1)不是 (2)不能解析:重核的裂變不能自發(fā)地進(jìn)行,只能發(fā)生在人工控制的核反應(yīng)中,只有達(dá)到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件時,才會發(fā)生重核的裂變。3、核裂變釋放大量的能量 一個鈾235核裂變時釋放的能量如果200MeV估算,1kg鈾235全部裂變時放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能!小試牛刀【例題】 (多選)關(guān)于重核裂變的說法正確的是( AD  )A.重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時,重核的中子數(shù)要比裂變后的兩個中等質(zhì)量核的中子數(shù)多B.只要用中子轟擊鈾塊,就一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,不能利用裂變時產(chǎn)生的中子D.裂變過程中釋放能量,質(zhì)量虧損【例題】鈾核裂變時,對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素,下列說法正確的是( C )A.鈾塊的質(zhì)量是重要因素,與體積無關(guān)B.為了使鈾235裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子C.若鈾235的體積超過它的臨界體積,裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D.裂變能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān) 學(xué)習(xí)裂變的概念。知道裂變的過程。通過核裂變方程,觀察核反應(yīng)遵循的規(guī)律:質(zhì)量數(shù)守恒、電荷守恒。觀看視頻總結(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念以及發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。引發(fā)學(xué)生思考完成課堂練習(xí)。 通過類比細(xì)胞的分裂,讓學(xué)生更好的理解“裂變”的概念。讓學(xué)生明確鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念,并由學(xué)生總結(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件。提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。帶動同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性通過課堂練習(xí),鞏固基礎(chǔ)知識。
1、反應(yīng)堆:通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來釋放核能的裝置。①鈾棒:由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%~4%)制成,它是核反應(yīng)堆的燃料。②石墨(或重水):石墨(或重水)作為慢化劑,附著在鈾棒周圍,使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌诒烩?35“捉”住,發(fā)生核裂變。③鎘棒:主要作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以叫作控制棒。④水泥防護(hù)層:屏蔽射線,防止放射性污染。2、核電站⑴核電站工作流程核電站工作流程 在反應(yīng)堆外面修建很厚的水泥層,用來屏障裂變反應(yīng)放出的各種射線。核廢料具有很強(qiáng)的放射性,需要裝入特制的容器深埋地下。 原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工控制下進(jìn)行,使核能較平緩地釋放出來,這樣釋放的核能就可以為人類的和平建設(shè)服務(wù)。小試牛刀【例題】(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說法正確的是( ABD )A.鈾棒是核燃料,裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能 觀察核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)。完成課堂練習(xí)。 通過觀察核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)圖、閱讀課本材料,理解人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理。讓學(xué)生明白科技在推動人類進(jìn)步的同時,也可以給人們帶來災(zāi)難,培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神。
三、核聚變 1、核聚變:兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,這樣的核反應(yīng)叫做核聚變。一個氘核與一個氚核結(jié)合成一個氦核時(同時放出一個中子),釋放17.6MeV的能量,平均每個核子放出的能量在3MeV以上,比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大3-4倍,核反應(yīng)方程:思考與討論: 要使輕核發(fā)生核聚變,必須使它們的距離達(dá)到10-15 m以內(nèi),核力才能起作用。由于原子核都帶正電,要使它們接近到這種程度,必須克服巨大的庫侖斥力。也就是說,原子核要有很大的動能才會“撞”到一起。什么辦法能使大量原子核獲得足夠的動能而發(fā)生核聚變呢?⑴用加速器加速原子核 ⑵對物質(zhì)加熱到很高的溫度108~109K當(dāng)物質(zhì)的溫度達(dá)到幾百萬開爾文時,劇烈的熱運(yùn)動使得一部分原子核具有足夠的動能,可以克服庫侖斥力,碰撞時十分接近,發(fā)生核聚變。因此,核聚變又叫熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)一旦發(fā)生,就不再需要外界給它能量,靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應(yīng)繼續(xù)下去。2、核聚變普遍存在于宇宙中 熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著,太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)107K以上,因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng),不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒輻射出的能量約為3.8x 1026J,相當(dāng)于1 000億億噸煤燃燒所放出的能量,其中20億分之一左右的能量被地球接收。現(xiàn)在地球上消耗的能量,追根溯源,絕大部分還是來自太陽,即太陽內(nèi)部核聚變時釋放的核能。 科學(xué)家估計,太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當(dāng)然,與人類歷史相比,這個時間很長很長!核聚變的利用——氫彈觀看視頻:可控核聚變的方案⑴磁約束帶電粒子運(yùn)動時在均勻磁場中受洛倫茲力的作用而不飛散,因此有可能利用磁場來約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。⑵慣性約束 由于聚變反應(yīng)的時間非常短,聚變物質(zhì)因自身的慣性還來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下,可以用激光從各個方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì),使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。 類比核裂變理解記憶核聚變的含義。思考讓粒子加速的方法。閱讀課本材料。了解實現(xiàn)核聚變的困難之處和所采取的方案。觀看視頻 讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)會對比和歸納。養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
課堂總結(jié) 一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1、定義2、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件二、核聚變1、輕核的聚變2、受控?zé)岷朔磻?yīng) 學(xué)生總結(jié)本節(jié)課知識點 幫助學(xué)生形成知識框架,便于理解記憶。
板書設(shè)計
作業(yè)設(shè)計 作業(yè)分為兩塊,一是課堂練習(xí),旨在對本堂課學(xué)習(xí)中基礎(chǔ)知識進(jìn)行檢測,二是分層練習(xí),分層次的訓(xùn)練學(xué)生對知識的掌握情況。
教學(xué)反思與評價 本課時關(guān)于“核裂變與核聚變”的教學(xué)內(nèi)容是高中物理的重要知識點。針對此教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)過程進(jìn)行深入反思,可總結(jié)出諸多體會和思考。一、教材內(nèi)容把握準(zhǔn)確本次教學(xué)設(shè)計成功地對核裂變與核聚變的概念、原理及其應(yīng)用進(jìn)行了深入淺出的講解。在教學(xué)內(nèi)容的把握上,我準(zhǔn)確理解了教材要求,將重點放在了核反應(yīng)的原理和過程上,同時結(jié)合實例,讓學(xué)生更好地理解和掌握這一抽象概念。二、學(xué)生參與度高在教學(xué)方法上,我注重了學(xué)生的參與和互動。通過提出問題、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。同時,我還采用了多媒體教學(xué)手段,如視頻、圖片等,使學(xué)生更加直觀地了解核裂變與核聚變的過程。三、難點突破有效針對本節(jié)課的難點內(nèi)容,我采用了多種方法進(jìn)行突破。例如,在講解核反應(yīng)堆的工作原理時,我通過模型演示和動畫展示,使學(xué)生更加清晰地理解了這一過程。此外,我還結(jié)合實例進(jìn)行講解,使學(xué)生能夠更好地將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。四、教學(xué)方法靈活多樣在教學(xué)方法上,我靈活運(yùn)用了多種教學(xué)手段和方法。除了傳統(tǒng)的講授法外,還采用了小組討論、案例分析等方法,使學(xué)生在多種教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)和思考。這種多樣化的教學(xué)方法有助于提高學(xué)生的思維能力和解決問題的能力。五、課堂氛圍良好本次課堂氛圍良好,師生互動頻繁,學(xué)生參與度高。在課堂過程中,我注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心,使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中學(xué)習(xí)知識。同時,我還關(guān)注學(xué)生的情感需求,及時給予鼓勵和肯定,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心。六、需改進(jìn)之處雖然本次教學(xué)取得了較好的效果,但仍有一些地方需要改進(jìn)。例如,在時間安排上,部分內(nèi)容的講解可能過于匆忙,導(dǎo)致學(xué)生未能充分理解和掌握。在今后的教學(xué)中,我將更加注重時間的合理安排,確保學(xué)生有足夠的時間進(jìn)行思考和練習(xí)。此外,我還將進(jìn)一步關(guān)注學(xué)生的個體差異,針對不同學(xué)生的需求進(jìn)行個性化的教學(xué)指導(dǎo)。七、總結(jié)與展望本次“核裂變與核聚變”的教學(xué)設(shè)計取得了較好的效果,學(xué)生能夠較好地掌握核反應(yīng)的基本原理和應(yīng)用。在今后的教學(xué)中,我將繼續(xù)努力提高自己的教學(xué)水平,關(guān)注學(xué)生的需求和反饋,不斷優(yōu)化教學(xué)方法和手段。同時,我還將關(guān)注物理學(xué)科的前沿發(fā)展,及時將新的研究成果和教學(xué)方法引入課堂,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心,提高教學(xué)質(zhì)量。通過不斷努力和探索,我相信自己能夠更好地完成高中物理課程的教學(xué)任務(wù),為學(xué)生的全面發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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