人教版選修35 核聚變 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

6核聚變學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1能記住核聚變的定義及發(fā)生條件2會判斷和填寫核聚變方程，并會計(jì)算核聚變釋放的能量重點(diǎn)：聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)難點(diǎn)：聚變反應(yīng)的條件1核聚變（1）定義：輕核結(jié)合成質(zhì)量_的原子核的反應(yīng)輕核聚變必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫_（2）核反應(yīng)舉例：hh_n17.60 mev（3）特點(diǎn)預(yù)習(xí)交流1請同學(xué)們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件2可控核聚變反應(yīng)（1）聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)：輕核聚變產(chǎn)能_；地球上聚變?nèi)剂系膬α縚；輕核聚變更為_（2）約束核聚變材料的方法：_和_預(yù)習(xí)交流2氫彈的威力相比原子彈的威力誰大？為什么？3恒星演化中的核反應(yīng)恒星主要是由宇宙中的極其彌散的氣態(tài)塵埃（氫為主要部分）形成的在某些區(qū)域塵埃會相對密集一些，由于相互之間的引力，物質(zhì)密集處就成為引力中心，使得物質(zhì)越聚越多，這便成為了恒星發(fā)源地這種由于物質(zhì)間相互吸引而聚集到一起的現(xiàn)象，叫做_聚集了足夠多的物質(zhì)落入這個中心后逐步凝聚壓縮造成局部升溫，直到滿足“點(diǎn)火”條件，核聚變反應(yīng)就開始了，這部分物質(zhì)就逐步演變成一個新的恒星答案：1（1）較大熱核反應(yīng)（2）he（3）釋放更多自身產(chǎn)生熱核反應(yīng)堆預(yù)習(xí)交流1：答案：微觀上：參與反應(yīng)的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即1015 m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫2（1）效率高豐富安全、清潔（2）磁約束慣性約束預(yù)習(xí)交流2：答案：氫彈的威力大氫彈內(nèi)部發(fā)生的是核聚變，比核裂變放出的能量更多3引力坍縮一、對核聚變的正確理解1分析課本比結(jié)合能曲線，想一想為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能？2試通過學(xué)習(xí)分析實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)的必要性、可能性和存在的困難？一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氘核，已知質(zhì)子質(zhì)量mh1.007 3 u，中子質(zhì)量mn1.008 7 u，氘核質(zhì)量m3.018 0 u（1）寫出聚變方程；（2）求釋放出的核能；（3）求平均每個核子釋放的能量1從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)例如hhnhe17.60 mev2聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離1015 m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫3特點(diǎn)聚變反應(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4應(yīng)用（1）核武器氫彈（2）可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段二、恒星演化中的核反應(yīng)如何理解輕核聚變反應(yīng)？天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩種：一是在宇宙誕生后3分鐘左右形成；二是在宇宙演化到恒星誕生后形成的（1）把輕核聚變簡化成為4個氫核（h）聚變成氦核（he），同時(shí)釋放出兩個正電子（e）和兩個中微子（e），請寫出氫核聚變反應(yīng)的方程，并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量（2）研究表明，銀河系的年齡約為t3.81017s，每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為11037j，現(xiàn)假定該能量全部來自于上述輕核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量（最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字）（3）根據(jù)你的計(jì)算結(jié)果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷（可能用到的數(shù)據(jù)：銀河系的質(zhì)量m31041 kg，原子質(zhì)量單位1 u1.661027 kg，1 u相當(dāng)于1.51010 j的能量，電子質(zhì)量me0.000 5 u，氦核的質(zhì)量mhe4.002 6 u，氫核質(zhì)量mp1.007 8 u，中微子質(zhì)量為零）點(diǎn)撥：計(jì)算質(zhì)量虧損是求釋放能量或吸收能量的前提，要注意質(zhì)量與能量的聯(lián)系質(zhì)能方程的應(yīng)用通過此題加深對恒星演化過程的認(rèn)識和理解1原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6hk hed h2 n43.15 mev由平衡條件可知（）ak1，d4 bk2，d2ck1，d6 dk2，d32關(guān)于受控?zé)岷朔磻?yīng)，下列說法中正確的是（）a受控?zé)岷朔磻?yīng)已被應(yīng)用于核電站b受控?zé)岷朔磻?yīng)仍處于實(shí)驗(yàn)階段c受控?zé)岷朔磻?yīng)的應(yīng)用前景更為廣闊d人類對核聚變的探索已由科學(xué)可行性階段進(jìn)入工程技術(shù)可行性階段3關(guān)于聚變，以下說法正確的是（）a兩個輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)釋放出能量b同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時(shí)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大好多倍c聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積d發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的原子核必須有足夠大的動能4下面是一核反應(yīng)方程hhhex用c表示光速，則（）ax是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2bx是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2cx是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2dx是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c25一個鈾235吸收一個中子后發(fā)生的反應(yīng)式是nsr10n，放出的能量為e，鈾235核的質(zhì)量為m，中子的質(zhì)量為m，氙136核的質(zhì)量為m1，鍶90核的質(zhì)量為m2，真空中光速為c，則釋放的能量e等于（）a（mm1m2）c2 b（mmm1m2）c2c（mm1m29m）c2 d（m1m29mm）c2答案：活動與探究1：1提示：因?yàn)檩^輕的原子核比較重的原子核核子的平均質(zhì)量更大，聚變成質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損，所以平均每個核子釋放的能量就更大2提示：必要性：由于地球上化石燃料和裂變材料的儲量有限，開發(fā)聚變能量非常重要，并且是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)各國科學(xué)家都在加緊研究，以期盡快地在地球上制造出人類自己的“太陽”，緩解甚至消除能源危機(jī)的困擾可能性：地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富每升水中含有0.03 g氘，地球上的河流、湖泊、海洋等有138.6億億立方米的水，大約有40多億噸氘反應(yīng)中所用的氚可以利用鋰來提取，地球上鋰的儲量有2 000億噸，用來抽取氚足以滿足聚變的需要困難：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受住熱核反應(yīng)所需要的高溫遷移與應(yīng)用1：答案：（1）h2nh（2）6.24 mev（3）2.08 mev解析：（1）聚變方程h2nh（2）質(zhì)量虧損mmh2mnm（1.007 321.008 73.018 0）u0.006 7 u，釋放的核能emc20.006 7931.5 mev6.24 mev（3）平均每個核子放出的能量為mev2.08 mev活動與探究2：提示：（1）從比結(jié)合能曲線看，聚變后比結(jié)合能增加，因此反應(yīng)中會釋放能量（2）聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離1015 m，但是原子核是帶正電的，要使它們接近到1015 m，就必須克服很大的庫侖斥力作用，這就要求原子核應(yīng)具有足夠的動能，方法是給原子核加熱，使其達(dá)到幾百萬度的高溫（3）氫彈氫彈是一種利用輕核聚變反應(yīng)，在瞬間放出巨大能量的裝置由于輕核聚變需要幾百萬度的高溫才能進(jìn)行，所以先利用原子彈爆炸達(dá)到這樣高的溫度，在高溫高壓下，進(jìn)而使核燃料發(fā)生核聚變反應(yīng)遷移與應(yīng)用2：答案：（1）4hhe2e2e4.141012j（2）2%（3）氦主要是宇宙誕生后不久生成的解析：（1）4hhe2e2e，核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：m4mpmhe2me0.027 6 u，核反應(yīng)過程中放出的能量為：em1.51010 j0.027 61.51010 j4.141012j（2）通過核聚變生成的氦的質(zhì)量：mmhe6.11039 kg，氦的含量為：k2%（3）由于2%遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25%，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的當(dāng)堂檢測1b解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知解得，b對2bcd3bd解析：兩個輕核聚合為較大質(zhì)量的原子核就可釋放能量，但不一定是中等質(zhì)量的核，故a錯誤聚變反應(yīng)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)放出的能量大得多，這點(diǎn)我們由聚變反應(yīng)的特點(diǎn)就可以知道，故b正確裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積，而聚變反應(yīng)的條件是原子核間