2019-2020年高二物理 第十二章 D 鏈式反應(yīng)教案 滬科版.doc

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2019-2020年高二物理 第十二章 D 鏈式反應(yīng)教案 滬科版 一、教學(xué)任務(wù)分析 本節(jié)課的主要內(nèi)容為核力、核能、重核裂變和鏈式反應(yīng)等。是對原子核式結(jié)構(gòu)、天然放射性等知識的深化、總結(jié)和應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習對學(xué)生認識核能開發(fā)利用、建立社會責任感有重要的意義。 學(xué)習本節(jié)內(nèi)容需要有庫侖定律、萬有引力、原子核式結(jié)構(gòu)等方面的知識基礎(chǔ)。 本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容包含三大部分：核力核能、重核裂變和鏈式反應(yīng)。這三部分內(nèi)容在邏輯關(guān)系上是層層遞進的，穿插它們的主線是“人們?nèi)绾卫煤四堋?。教學(xué)中教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生實際，對知識做適當?shù)难a充和拓展，使學(xué)生對本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容更容易理解。 通過教學(xué)，不僅要學(xué)生了解什么是核能、如何利用核能，更重要的要讓學(xué)生感悟為什么要利用核能、如何和平的利用核能等科學(xué)態(tài)度問題。建立正確的核利用倫理觀，同時增強社會責任感。 二、教學(xué)目標 1．知識與技能 （1）知道核力與核能。 （2）知道重核裂變是獲取核能的有效途徑之一。 （3）知道鏈式反應(yīng)和產(chǎn)生鏈式反應(yīng)的條件。 2．過程與方法 通過核能、鏈式反應(yīng)等學(xué)習過程，感受類比和虛擬實驗的方法。 3．情感、態(tài)度與價值觀 通過本節(jié)的學(xué)習，懂得科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，感悟核能的開發(fā)與利用對建立一個和平、和諧社會的重要意義。 三、教學(xué)重點和難點 重點：重核裂變、鏈式反應(yīng)。 難點：重核裂變是如何產(chǎn)生核能的。 四、教學(xué)器材和課件 “核爆炸”演示錄像；相關(guān)圖片。 五、教學(xué)設(shè)計思路 本節(jié)包含三部分內(nèi)容：核能、重核裂變和鏈式反應(yīng)。第一部分內(nèi)容的教學(xué)主要解決什么是核能的問題，后兩部分的教學(xué)主要解決如何利用核能的問題。 本教學(xué)設(shè)計以壯觀的核爆炸的錄像作為情景引入，在學(xué)生感受核爆炸無與倫比的威力同時，產(chǎn)生探究什么核能、如何利用核能的欲望。若要學(xué)生較清晰的理解什么是核能、以及如何利用核能，需要對核力的知識進行適當介紹。在本教學(xué)設(shè)計的開始特別的提供了一些數(shù)據(jù)，目的為了讓學(xué)生更好的感受核力的特點。在介紹核力的基礎(chǔ)上，再通過類比的方法，從而使學(xué)生較容易理解核能。 在了解了核能后，通過如何利用核能的設(shè)問過渡到重核裂變內(nèi)容的學(xué)習。但根據(jù)上面核能部分的學(xué)習，學(xué)生必然會產(chǎn)生：核裂變應(yīng)該吸收能量，怎么會放出能量的疑問。本教學(xué)設(shè)計是通過一個計算的活動，來解決這個疑問的。有條件的學(xué)?？梢栽诖搜a充平均結(jié)合能的知識。 若要持續(xù)、大量的獲得核能，靠單個重核的裂變是不行的，自然過渡到鏈式反應(yīng)部分的學(xué)習。為了使學(xué)生更容易在腦海中建立微觀世界鏈式反應(yīng)的圖景，教材設(shè)立多米諾骨牌的自主活動，教學(xué)中可以做相應(yīng)的演示實驗，也可以播放多米諾骨牌的錄像來實現(xiàn)這個目的。教學(xué)中還可以補充有焰燃燒的鏈式反應(yīng)進行過渡，幫助學(xué)生理解。 沒有任何其它形式的能的利用象核能這樣引起人類廣泛的爭議，在本教學(xué)設(shè)計中，通過觀看廣島核爆炸模擬錄像以及就此展開的學(xué)生討論的活動，目的是讓學(xué)生建立起正確對待核能的態(tài)度，首先應(yīng)肯定核能對人類的積極意義，同時也應(yīng)意識到濫用核能對人類帶來的巨大災(zāi)難。 本設(shè)計要突出的重點是：重核裂變、鏈式反應(yīng)。方法是：通過計算活動，使學(xué)生理解核裂變?yōu)槭裁磿尫懦龊四堋Ｍㄟ^多米諾骨牌的自主活動，通過類比的方法，從而使學(xué)生在腦海中建立微觀世界鏈式反應(yīng)的圖景。 本設(shè)計要突破的難點是：重核裂變是如何產(chǎn)生核能的。方法是：模擬計算活動。 完成本設(shè)計的內(nèi)容需1課時。 六、教學(xué)流程 問題Ⅰ 設(shè)問2 情景 “核爆炸” 設(shè)問1 活動Ⅰ 活動1 活動Ⅱ 活動2 問題Ⅱ 問題1 問題Ⅳ 設(shè)問4 問題Ⅲ 設(shè)問3 臨界體積 核力 核能 重核裂變 鏈式反應(yīng) 拓展練習 活動Ⅲ 活動3 問題Ⅴ 問題2 1、教學(xué)流程圖 2、對流程圖的說明 情景 核爆炸錄像 播放核爆炸演示錄像，提出設(shè)問1：一次核爆炸釋放的能量大約是等量物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)釋放能量的百萬倍。它是什么能？又是如何產(chǎn)生的呢？ 問題Ⅰ 設(shè)問2：原子核內(nèi)蘊藏著巨大的能量，但人類如何才能利用核能呢？ 問題Ⅱ 問題1：根據(jù)前面所述，分散的核子結(jié)合成原子核時會釋放能量，那么，重核裂變時為什么會釋放能量呢? 活動Ⅰ 計算 活動1：計算重核裂變前后的質(zhì)量變化。 問題Ⅲ 設(shè)問3：至此，可知裂變是獲得核能的一個重要途徑，那么，這種裂變能否持續(xù)下去，以獲得更多的核能呢？ 活動Ⅱ 演示、實驗 活動2：教材P44自主活動。 問題Ⅳ 設(shè)問4：根據(jù)鏈式反應(yīng)的原理，似乎任何鈾塊只要有中子進入，都能發(fā)生連是反應(yīng)，但事實并非如此，為什么呢？ 活動Ⅲ 觀看、討論 活動3：觀看廣島核爆炸模擬錄像，并就此展開討論 問題Ⅴ 問題2：原子彈是一種劇烈的、不可控制的鏈式反應(yīng)，能不能將鏈式反應(yīng)置于人為控制之下，將核能緩慢的釋放出來？ 3、教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計可分為四個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，核能。 第二環(huán)節(jié)，重核裂變。 第三環(huán)節(jié)，鏈式反應(yīng)。 第四環(huán)節(jié)，討論、拓展。 七、教案示例 （一） 情景導(dǎo)入 情景 觀看核武器爆炸的錄像。 設(shè)問1 一次核爆炸釋放的能量大約是等量物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)釋放能量的百萬倍。它是什么能？又是如何產(chǎn)生的呢？ （二） 教學(xué)內(nèi)容 1、核能 （1）核力 在接受了原子核由質(zhì)子和中子組成的假設(shè)后，人們不禁要問：帶正電荷的質(zhì)子怎么能聚集在一起呢？ 因為，當時人們只知道自然界中有兩種相互作用：電磁力和萬有引力。質(zhì)子的質(zhì)量為1.6710-27kg，半徑為0.810-15m，所帶電量為一個基本電荷1.610-19庫侖，若核內(nèi)兩個質(zhì)子相距1.010-15m，根據(jù)庫侖定律，核內(nèi)的兩質(zhì)子間的斥力會使質(zhì)子以十分驚人的加速度飛散。 但通常的原子核卻很穩(wěn)定，這表明，在原子核內(nèi)，除了質(zhì)子間的庫侖力外，還存在另一種力。這種力將各種核子（組成原子核的粒子）緊緊地拉在一起，這種力叫核力。實驗表明，核力具有以下特點： 【板書】（或投影）核力是核子之間的作用力。它具有如下特點： ① 核力是短程力，核力只有在原子核的線度內(nèi)才發(fā)生作用。大體上說核子間的距離在0.8~2.0fm（1fm=10-15m）之間表現(xiàn)為引力，小于0.8fm表現(xiàn)為斥力，大于10fm時，核力消失。 ② 核力是一種強相互作用，質(zhì)子間產(chǎn)生庫侖斥力，而核力能抗拒庫侖斥力而使質(zhì)子緊密結(jié)合在一起，這說明核力很強。它比庫侖力大100倍。 ③ 核力與核是否帶電荷無關(guān)，質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子與中子間均存在的核力。 …… 核力的本質(zhì)，目前認為是一種交換力。目前以介子場論作為核力的基本理論，它能作出很多有價值的定性說明，但是這種理論還不完備，還存在嚴重的困難。核力的本質(zhì)，還沒有一個比較完美的理論來說明，關(guān)于核力的本質(zhì)仍有待深入研究。 （2）核能 圖1：鈾核裂變示意圖 由于原子核內(nèi)的核子間存在著強大的核力，若要把原子核拆散成核子，需要克服核力做極大的功，或者說需要有外界給以巨大的能量才能“轟開”原子核。反之，如果要把分散的質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核，就會放出能量。（就如同一顆人造衛(wèi)星在擺脫地球的吸引力飛到太空中的過程中要消耗大量的能量，而天外隕石落到地球上來會釋放出大量的能量一樣。） 這表明，分散的核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣多的能量，這個能量叫做原子核的結(jié)合能。原子核發(fā)生變化時，可能吸收能量，也可能釋放能量。這種釋放出的能量，通常叫做核能。 【板書】（或投影）原子核發(fā)生變化時放出或吸收的能量叫做核能。 設(shè)問2 原子核內(nèi)蘊藏著巨大的能量，但人類如何才能利用核能呢？ 2、重核裂變 所謂的重核，就是質(zhì)量數(shù)較大的核。 重核的裂變是1939年德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼，用中子轟擊鈾核時發(fā)現(xiàn)的。 鈾核的裂變過程可以由圖1來示意，當中子打進鈾核后，就形成處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中的核子由于激烈運動，使核變成不規(guī)則形狀，核子間距離增大。由于核力只在極短的距離內(nèi)發(fā)生作用，核力迅速減小，因而不能克服核子間的庫侖斥力使核恢復(fù)原狀，核就分裂成兩部分，放出幾個中子，并伴有巨大的能量放出。 【板書】（或投影）重核受到其它粒子（如中子）轟擊時分裂成兩塊或兩塊以上中等質(zhì)量的核的過程稱為裂變。 問題1 根據(jù)前面所述，分散的核子結(jié)合成原子核時會釋放能量，那么，重核裂變時為什么會釋放能量呢? 活動1 假定鈾235吸收一個中子后，裂變成一個溴85核和一個鑭148核，同時放出三個中子。鈾235的質(zhì)量為235.124，溴85的質(zhì)量為84.938，鑭148的質(zhì)量為147.96，中子的質(zhì)量為1.009。請考察鈾核裂變前后質(zhì)量總和的變化。 『同學(xué)計算：裂變前的質(zhì)量總和為：235.124＋1.009＝236.133； 裂變后的質(zhì)量總和為：147.96＋84.938＋31.009＝235.925； 裂變過程中質(zhì)量的減少為：236.133－235.925＝0.208。』 這些損失的質(zhì)量到哪兒去了呢？ 根據(jù)愛因斯坦相對論可知，它們變成了能量。愛因斯坦推導(dǎo)出一個著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式：E＝mc2，其中c是光速，m是靜止物體的質(zhì)量，E是靜止物體所含的能量。由這個公式可以方便地計算出鈾核裂變放出的能量約為194兆電子伏。近似地說來，每次裂變大約釋放200兆電子伏的能量。這個數(shù)值是非常巨大的，比如說，1克鈾235完全裂變所釋放的能量，相當于2,000,000克（2噸）優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時所釋放的能量。也就是說，裂變能大約要比化學(xué)能大二百萬倍！ 設(shè)問3 至此，可知裂變是獲得核能的一個重要途徑，那么，這種裂變能否持續(xù)下去，以獲得更多的核能呢？ 3、鏈式反應(yīng) （1）鏈式反應(yīng) 活動2 P44頁“自主活動”。 『得出當?shù)谝粔K骨牌傾倒，會導(dǎo)致其它骨牌接連傾倒，形成連鎖反應(yīng)?！? 鈾核裂變時，一是放出中子，二是放出巨大的能量，這兩種可貴的性質(zhì)緊緊地吸引著人們的注意力。人們特別感興趣的是每次裂變究竟能放出多少個中子，因為這關(guān)系到究竟能否實現(xiàn)持續(xù)的核裂變。 經(jīng)過許多科學(xué)工作者的努力，很快就確定了每個鈾235核發(fā)生裂變時平均約放出2.5個中子。大自然為我們作了這—具有特殊意義的安排：次級中子數(shù)大于1！從而使鈾核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)成為不平凡的發(fā)現(xiàn)。一個鈾核在一個中子作用下發(fā)生裂變，如果裂變時放出兩個次級中子，這兩個次級中子又引起兩個鈾核發(fā)生裂變，放出四個次級中子，這四個中子再引起四個鈾核發(fā)生裂變……。如此下去，反應(yīng)的規(guī)模將自動地變得越來越大，一幅鈾核鏈式反應(yīng)的圖景（如圖2），立即展現(xiàn)在我們面前，它吸引了多少科學(xué)家啊！確實，科學(xué)家們?yōu)閷崿F(xiàn)核裂變鏈式反應(yīng)，使之造福于人類，而付出了巨大的勞動。 圖2：鏈式反應(yīng)示意圖 【板書】（或投影）重核裂變時放出的中子引起其它重核的裂變，可以使裂變不斷進行下去，這種反應(yīng)就是鏈式反應(yīng)。 設(shè)問4 根據(jù)鏈式反應(yīng)的原理，似乎任何鈾塊只要有中子進入，都能發(fā)生連是反應(yīng)，但事實并非如此，為什么呢？ 這是因為，鈾塊的體積對于產(chǎn)生鏈式反應(yīng)也是一個重要因素。因為原子核非常小，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過時，可能還沒有碰到一個鈾核就跑到鈾塊外面去了。 【板書】（或投影）能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。 如果鈾235的體積超過臨界體積，只要有中子進入，就會立即引起鈾核的鏈式反應(yīng)，在極短時間內(nèi)釋放出大量核能，發(fā)生猛烈的爆炸。原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。圖3是我國第一顆原子彈地面爆炸時產(chǎn)生的火球照片。 圖3：我國第一顆原子爆炸的情景 活動3 觀看廣島原子彈爆炸的電腦模擬錄像，并就“原子彈的積極與消極意義”進行討論。 『……』 問題2 原子彈是一種劇烈的、不可控制的鏈式反應(yīng)，能不能將鏈式反應(yīng)置于人為控制之下，將核能緩慢的釋放出來？ （三） 拓展練習 1、假設(shè)每個鈾核裂變時平均釋放能量200MeV，1g鈾235在裂變后所釋放的能量是多少?相當于多少千克的煤完全燃燒釋放的能量?已知煤的燃熱值是4.6106J／kg 2、探究活動 題目：查閱核武器殺傷作用的防御的相關(guān)資料，并加以整理，以便于交流。 組織：個人 評價：科普性、教育性