物理：教科版選修353.5核裂變教案

物理：教科版選修353.5核裂變教案?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能目標(biāo)理解核裂變的概念，知道重核裂變是釋放核能的一種方式。了解鈾核裂變的產(chǎn)物和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念。能夠根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損計(jì)算核裂變中釋放的核能。了解核電站及核反應(yīng)堆的工作原理。2.過程與方法目標(biāo)通過對(duì)核裂變現(xiàn)象的分析，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和科學(xué)思維方法。通過對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件的討論，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過計(jì)算核裂變釋放的核能，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力和對(duì)物理規(guī)律的應(yīng)用能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)通過對(duì)核能利用的了解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要影響，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。通過介紹我國(guó)核能利用的成就，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和愛國(guó)情懷。通過對(duì)核裂變可能帶來的環(huán)境問題的討論，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)核裂變的概念和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。利用質(zhì)能方程計(jì)算核裂變中釋放的核能。核反應(yīng)堆的工作原理。2.教學(xué)難點(diǎn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念和條件。對(duì)質(zhì)量虧損的理解以及如何根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能。

三、教學(xué)方法講授法、討論法、演示法、練習(xí)法相結(jié)合

四、教學(xué)過程

（一）導(dǎo)入新課（5分鐘）1.展示原子彈爆炸的圖片和視頻，提問學(xué)生："同學(xué)們，看到這些圖片和視頻，你們知道這是什么現(xiàn)象嗎？它釋放出的巨大能量是從哪里來的呢？"引導(dǎo)學(xué)生思考核能的相關(guān)問題，從而引入本節(jié)課的主題核裂變。2.介紹核能是一種非常強(qiáng)大的能源，它在軍事、能源等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。然后提出問題："那么核裂變是怎樣發(fā)生的？它為什么能釋放出如此巨大的能量呢？"激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)。

（二）新課教學(xué)（30分鐘）1.核裂變的概念（5分鐘）講解：原子核在其他粒子的轟擊下分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的過程叫做核裂變。舉例：以鈾核裂變?yōu)槔?，用中子轟擊鈾235原子核，鈾核會(huì)分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放出幾個(gè)中子。板書：核裂變的定義及鈾核裂變的反應(yīng)式：

\[^{235}_{92}U+^{1}_{0}n\longrightarrow^{144}_{56}Ba+^{89}_{36}Kr+3^{1}_{0}n\]

2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（10分鐘）引導(dǎo)學(xué)生觀察鈾核裂變的反應(yīng)式，分析反應(yīng)中產(chǎn)生的中子的作用。提問："這些中子又會(huì)引發(fā)什么呢？"講解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概念：鈾核裂變時(shí)產(chǎn)生的中子又會(huì)轟擊其他鈾核，使它們也發(fā)生裂變，這樣不斷地進(jìn)行下去，就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。用動(dòng)畫演示鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的過程，讓學(xué)生更直觀地理解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理。討論鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件：提出問題："鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能持續(xù)進(jìn)行下去需要滿足什么條件呢？"組織學(xué)生分組討論，然后每組派代表發(fā)言?？偨Y(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件：一是要有足夠數(shù)量的鈾235；二是鈾塊的體積要大于臨界體積。介紹臨界體積的概念：能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做臨界體積。

3.核裂變中能量的釋放（10分鐘）回顧質(zhì)能方程\(E=mc^{2}\)，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量虧損與能量釋放的關(guān)系。講解：在核裂變過程中，發(fā)生了質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量釋放出來。以鈾核裂變?yōu)槔?，?jì)算質(zhì)量虧損并進(jìn)而計(jì)算釋放的核能。設(shè)鈾核裂變反應(yīng)式中各粒子的質(zhì)量分別為：\(m_{U}=235.0439u\)，\(m_{n}=1.0087u\)，\(m_{Ba}=143.9223u\)，\(m_{Kr}=88.9176u\)。首先計(jì)算反應(yīng)前的總質(zhì)量：\(m_{前}=m_{U}+m_{n}=235.0439u+1.0087u=236.0526u\)然后計(jì)算反應(yīng)后的總質(zhì)量：\(m_{后}=m_{Ba}+m_{Kr}+3m_{n}=143.9223u+88.9176u+3×1.0087u=235.866u\)質(zhì)量虧損：\(\Deltam=m_{前}m_{后}=236.0526u235.866u=0.1866u\)根據(jù)質(zhì)能方程\(E=mc^{2}\)，\(1u\)相當(dāng)于\(931.5MeV\)的能量，所以釋放的核能\(E=\Deltam×931.5MeV=0.1866×931.5MeV≈174.8MeV\)強(qiáng)調(diào)：通過計(jì)算可知，核裂變能釋放出巨大的能量。

4.核反應(yīng)堆（5分鐘）講解核反應(yīng)堆的作用：核反應(yīng)堆是能夠緩慢、平穩(wěn)地釋放核能的裝置，它可以將核能轉(zhuǎn)化為電能，為人類提供能源。介紹核反應(yīng)堆的主要組成部分：核燃料：通常用濃縮鈾，它是發(fā)生核裂變的物質(zhì)。減速劑：一般用石墨、重水或輕水等，其作用是使裂變產(chǎn)生的快中子減速，以便更容易被鈾235吸收，維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?？刂瓢簦和ǔＳ面k或硼制成，它可以吸收中子，通過控制控制棒插入反應(yīng)堆的深度來控制反應(yīng)速度。冷卻劑：常用水或液態(tài)金屬鈉等，其作用是把反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞出去，用于發(fā)電。展示核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合示意圖講解各部分的作用，使學(xué)生對(duì)核反應(yīng)堆有更直觀的認(rèn)識(shí)。

（三）課堂小結(jié)（5分鐘）1.引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，提問："這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了哪些主要知識(shí)？"讓學(xué)生回答核裂變的概念、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、核裂變中能量的釋放以及核反應(yīng)堆等知識(shí)點(diǎn)。2.教師進(jìn)行總結(jié)：本節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)了核裂變的概念，了解了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件和過程，通過計(jì)算知道了核裂變能釋放巨大的能量，還學(xué)習(xí)了核反應(yīng)堆的工作原理。核裂變是核能利用的重要方式之一，它對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展有著重要的影響。希望同學(xué)們課后能進(jìn)一步思考核能利用帶來的各種問題，加深對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的理解。

（四）課堂練習(xí)（10分鐘）1.關(guān)于核裂變，下列說法中正確的是（）A.核裂變的產(chǎn)物一定是中等質(zhì)量的原子核B.核裂變時(shí)釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量C.重核裂變時(shí)釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少D.重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能答案：D2.一個(gè)鈾235吸收一個(gè)中子后發(fā)生的反應(yīng)式是\(^{235}_{92}U+^{1}_{0}n\longrightarrow^{141}_{56}Ba+^{92}_{36}Kr+3^{1}_{0}n\)，放出的能量為\(E\)，已知鈾235、鋇141、氪92和中子的質(zhì)量分別為\(m_{1}\)、\(m_{2}\)、\(m_{3}\)、\(m_{4}\)，則釋放的能量\(E=\)______。答案：\((m_{1}+m_{4}m_{2}m_{3}3m_{4})c^{2}\)3.關(guān)于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，下列說法中正確的是（）A.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生條件是中子的再生率大于1B.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在任何條件下都能發(fā)生C.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度不能人工控制D.以上說法都不對(duì)答案：A4.核反應(yīng)堆中控制核裂變反應(yīng)速度的方法是（）A.改變鈾塊的臨界體積B.改變鈾235的含量C.增加慢中子的數(shù)目D.插入鎘棒以吸收中子答案：D

（五）布置作業(yè)（5分鐘）1.書面作業(yè)：教材課后練習(xí)題第1、2、3題。2.拓展作業(yè)：查閱資料，了解我國(guó)核電站的分布情況以及核能利用對(duì)環(huán)境的影響，并寫一篇簡(jiǎn)短的報(bào)告。

五、教學(xué)反思通過本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生對(duì)核裂變的概念、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、能量釋放以及核反應(yīng)堆等知識(shí)有了較為系統(tǒng)的了解。在教學(xué)過程中，利用圖片、視頻、動(dòng)畫等多種教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地理解了抽象的物理概念和過程。通過計(jì)算核裂變釋放的核能，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題