2022年高三物理第二十二章 原子核七、輕核的聚變(第一課時)

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1、2022年高三物理 第二十二章 原子核 七、輕核的聚變(第一課時) ●本節(jié)教材分析 輕核的聚變也是釋放核能的一條途徑，這在上一節(jié)已經(jīng)討論過.本節(jié)主要說明有些聚變反應要比裂變反應釋放更多的能量.但聚變反應要求更高的條件——幾百萬攝氏度的高溫，因而也叫熱核反應.還要使學生了解熱核反應在宇宙中是很普遍的，如太陽和許多恒星內(nèi)部就進行著激烈的熱核反應，將巨大的能量源源不斷的釋放出來，這就是恒星能不斷發(fā)光發(fā)熱的原因.但宇宙中的熱核反應是不能人為控制的，為了使熱核反應釋放的能量造福于人類，科學家正在研究和實驗可控熱核反應的裝置.可控熱核反應比原子反應堆具有更大的優(yōu)越性，如釋放能量更多、原料豐富、污染

2、輕、核廢料容易處理等，我國在可控熱核反應方面的研究和實驗也處于世界前列. ●教學目標 一、知識目標 1.了解聚變反應的特點及其條件. 2.了解可控熱核反應及其研究和發(fā)展. 二、能力目標 本節(jié)屬于了解內(nèi)容，無要求. 三、德育目標 通過了解核能的特點，認識核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災難. ●教學重點 聚變核反應的特點. ●教學難點 聚變反應的條件. ●教學方法 本節(jié)內(nèi)容以學生閱讀自學為主，輔之以教師的點撥，首先通過教師點撥學生仔細研究核子平均質(zhì)量曲線，了解較輕原子核平均核子質(zhì)量比較重原子核的核子平均質(zhì)量更大，因而輕核的聚變要比重核的裂變釋放

3、更大的核能.再通過具體研究氘核和氚核的聚變反應了解核聚變反應條件——需要很高的溫度.然后通過學生自學了解可控熱核反應的研究和實驗發(fā)展情況. ●教學用具 無特殊教具. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 通過上一節(jié)的學習，我們知道除了通過重核裂變能夠釋放核能以外，另一條釋放核能的途徑就是輕核的聚變，這就是我們本節(jié)課要研究的問題. 二、新課教學 （一）聚變反應及其條件 ［教師點撥］請同學們再看看核子平均質(zhì)量曲線，想一想為什么輕核的聚變反應能夠比重核的裂變反應釋放更多的核能？ ［學生思考并討論］… ［學生回答］因為較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

4、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. 1.氫的聚變反應： 21H+31H→42He+10n 2.釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每個核子釋放能量3 MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍 ［教師點撥］請同學們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件？ ［學生閱讀教材，得出結論］ 3.產(chǎn)生條件 微觀上，參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15 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強大的庫侖斥力. 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. 說

5、明：（1）熱核反應在宇宙中是很普遍的，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達107 K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量.太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十億分之一. （2）聚變反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應持續(xù)進行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸.上世紀四十年代，人們利用核聚變反應制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，它的威力是原子彈的十幾倍. （二）可控熱核反應 ［教師點撥］目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學家們正在努力研究和嘗試可控熱核反應，以使核聚變造福于人類.我國在這方面的研究和實

6、驗也處于世界領先水平.請同學們自學教材的最后一部分，以了解這方面的情況. ［學生自學，了解以下要點］ 1熱核反應相對裂變反應的優(yōu)越性. 2我國在可控熱核反應方面的研究和實驗發(fā)展情況. 三、小結 本節(jié)主要研究了聚變核反應的特點和條件，聚變反應要比裂變反應釋放更多的能量，但它發(fā)生的條件是要達到幾百萬度的高溫，因而聚變反應也叫熱核反應.可控熱核反應的研究和實驗將為人類和平利用核能開發(fā)新的途徑. 四、布置作業(yè) 完成課后練習 五、板書設計 （一）聚變反應及其條件 1.氫的聚變反應： 21H+31H→42He+10n 2釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV， 平均每

7、個核子釋放能量3 MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍. 3.產(chǎn)生條件： 微觀上，原子核接近到10-15 m. 宏觀上，溫度達到幾百萬攝氏度. （二）可控熱核反應 1.相對裂變反應的優(yōu)越性：功率大、污染輕、核廢料容易處理. 2我國在可控熱核反應方面的研究和實驗發(fā)展情況：世界前列. 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的 A.化學反應B.放射性衰變 C.裂變反應D.熱核反應 2.中子和質(zhì)子結合成氘核,在這一核反應中 A.反應物的質(zhì)量大于生成物的質(zhì)量 B.反應前后質(zhì)量數(shù)一定守恒 C.此反應一定釋放能量 D.此反應一定吸收能量 3.氘核（21

8、H）和氚核（31H）聚合成氦核（42He）的核反應方程如下：21H+31H→42He+10n設氘核質(zhì)量為m1，氚核質(zhì)量為m2，氦核質(zhì)量為m3，中子質(zhì)量為m4，則反應過程中釋放的能量為 A.(m1+m2-m3)c2 B. (m1+m2-m4)c2 C.(m1+m2－m3－m4)c2 D. (m3+m4-m1-m2)c2 4.已知兩氘核聚變成一個氦核放出23.76 MeV的能量，那么1 g氘完全聚變成氦時將會放出的能量為 A.約為1.136×106 J B.約為2.272×1011 J C.約為5.68×1011 J D.約為5.68×1

9、06 J 5.完成氘核和氚核結合成氦的核反應方程：21H+31H→42H+________.若反應過程中發(fā)生的質(zhì)量虧損是m kg，則反應放出的能量是________J. 6.用γ光子轟擊氘核，使之分成質(zhì)子和中子.已知氘核質(zhì)量為2.0135 u，質(zhì)子質(zhì)量為 1.0072 u，中子質(zhì)量為1.0086 u，其中1 u＝1.6605×10-27 kg.又知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s.則所用γ光子在真空中的波長應為________m. 7.一個負電子和一個正電子相遇發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子,已知負電子和正電子的質(zhì)量都是m,光在真空中的速度是c,普朗克常量為h,轉(zhuǎn)化前它們的動能忽略

10、不計,則轉(zhuǎn)化成光子的波長是________. 8.一個鋰核（73Li）受到一個質(zhì)子的轟擊，變成2個α粒子，這一過程的核反應方程為________. 已知一個氫原子的質(zhì)量是1.6736×12-27 kg，一個鋰原子的質(zhì)量是11.6505×10－27 kg，一個氦原子的質(zhì)量是6.6466×10－27 kg.上述核反應所釋放的能量等于________（最后結果取三位有效數(shù)字） 9.4個質(zhì)子在高溫下能聚變成一個α粒子同時放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007276 u,α粒子質(zhì)量為4.001506 u, 1 u=1.66×10-27 kg,阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023/mol. (1)寫出核反

11、應方程; (2) 1 g氫完全聚變成α粒子能釋放出多少能量? 參考答案:1.D 2.ABC 3.C 4.C 5 .10n,mc2 6.5.8×10－13 7.h/cm 8.73Li+11H→242He，2.78×10－12 J 9.(1)4(11H)→42He+2(01e)+能量 (2) 4個質(zhì)子聚變Δm=4×1.007276 u－4.001506 u=0.027598 u, ΔE=Δmc2=0.027598×931.5 MeV=25.71 MeV 1 g氫含有6.02×1023個質(zhì)子,放出能量為E E=6.02×1023×25.71/4 MeV=3.87×1024 MeV