1、学习目标:(一)知识与技能1、了解聚变反应的特点及其条件.2、了解可控热核反应及其研究和发展.3、 知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。(二)过程与方法通过让学生自己阅读课本,培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力(三)情感、态度与价值观1、通过学习,使学生进一步认识导科学技术的重要性,更加热爱科学、勇于献身科学。2、认识核能的和平利用能为人类造福,但若用于战争目的将给人类带来灾难,希望同学们努力学习,为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。学习重点:聚变核反应的特点。学习难点:聚变反应的条件。知识链接:1、 写出卢瑟福发现质子的核反应方程。
2、2、 写出核力的特点:3、 什么是结合能?4、 什么是比结合能?5、 什么是质量亏损?6、 什么是裂变?7、 什么是链式反应?8、 写出一种典型的链式反应的方程。1967年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功,我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年,美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。学习过程:1、 什么叫轻核的聚变?2、 从微观角度说说轻核聚变的产生条件。3、 从宏观角度说说轻核聚变的产生条件。4、 写出一个氘核与一个氚核结合成氦核是的核反应方程。注:(1)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以
3、上,因而在那里进行着激烈的热核反应,不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.81026 J,地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞,转化为能量的物质是400万吨。科学家估计,太阳的这种 “核燃烧”还能维持90亿100亿年。当然,与人类历史相比,这个时间很长很长!(2)上世纪四十年代,人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹,氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器,在其中进行的是不可控热核反应,它的威力是原子弹的十几倍。5、核聚变有什么应用?6、聚变与裂变相比有哪些优点?7、我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。
4、EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标,这个装置也被通称为“人造太阳”,能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前,由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕,进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置,模拟太阳产生能量。例题:一个氘核和一个氚核发生聚变,其核反应方程是21H+31H42He+10n,其中氘核的质量:mD=2.014 102 u、氚核的质量:mT=3.016 050 u、氦核的质量:m=4.002 603 u、中子的质量:mn=1.008 665 u、1
5、u=1.660 610-27kg,e = 1.602 210-19C,请同学们求出该核反应所释放出来的能量。课堂小结:参考答案知识链接(略)学习过程1、 两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫做聚变2、 微观上:参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围,即10-15 m,要使原子核接近到这种程度,必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。3、宏观上:要使原子核具有如此大的动能,就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 聚变反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去,在短时间释放巨大的能量,这就是聚变引起的核爆炸。4、21H+21H31He+1
6、1H5、主要应用于核武器氢弹6、聚变与裂变相比,优点之一,即轻核聚变产能效率高。 常见的聚变反应:21H+21H31He+11H+4MeV、 21H+31H42He+10n+17.6 MeV。在这两个反应中,前一反应的材料是氘,后一反应的材料是氘和氚,而氚又是前一反应的产物,所以氘是实现这两个反应的原始材料,而氘是重水的组成部分,在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲,轻核聚变是能源危机的终结者。优点之二,即地球上聚变燃料的储量丰富。如1L海水中大约有0.03g氘,如果发生聚变,放出的能量相当于燃烧300L汽油。优点之三,是轻核聚变反应更为安全、清洁。 实现核聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应就自动终止了。另外,氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的,放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂就所生成的废物的数量少,容易处理。例题:根据质能方程,释放出的能量为: 平均每个核子放出的能量约为3.3MeV,而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。