高中三年级物理教学设计《22-5 核反应 核能》

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教学设计思路

本节以教师讲授为主，辅之于学生课堂练习。教学课件用以辅助教学、辅助学生学习之用。

让学生理解智能方程，练习书写反应方程式。

教育目标

一、知识目标

1.知道原子核的人工转变及核反应的概念和规律。

2.理解核能的概念，知道核反应中的质量亏损。

3.知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

4.会根据质能方程和质量亏损计算核反应中释放的核能。

二、能力目标

1.通过质疑、释疑的思维过程，提高分析探究问题的能力

2.学习归纳、推理、迁移的科学方法

三、德育目标

认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。

教学重、难点

教学重点

1.核反应中的人工转变及核反应方程;

2.核能的概念.爱因斯坦的质能方程;计算核能。

教学难点

质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解，计算核能。

教学方法

本节以教师讲授为主，辅之于学生课堂练习。教学课件用以辅助教学、辅助学生学习之用。

从核能的利用(核电站)引入课程，指出核能是人类最终解决能源问题的希望引发学生的兴趣。用卢瑟福发现质子的核反应(1919年)引出原子核可以实现人工转变的现象。在了解原子核自发和人工转变的基础上，介绍核反应的一般概念，并注意让学生了解核反应中质量数和电荷数守恒的规律。

学生都知道在核反应中会伴随着巨大的能量，那么能量从何而来哪?引出核能的概念。在核能的教学中应注意一定的质量m和一定的能量mc2相对应的观点，还应让学生注意，原子核在变化时，其变化前后的总质量是不同的，这种质量差异对应的就是核反应中所吸收或放出的能量.还应注意向学生说明。

从核能的计算中强调要注意单位的换算，如原子质量单位和千克的关系，焦耳和电子伏的关系。

教学过程

○问题情景呈现，导入新课

1：能源是可持续发展问题中的一个重要主题。

大亚湾核电站外观图。

介绍数据：1kg铀235燃烧释放出的原子核能相当于2500吨优质煤燃烧时放出的热量，只需几千克铀235就足够长春市24小时的耗能供应。

课题名称：五、核反应 核能

○新课教学

〈一〉核反应

请同学们阅读教材，然后回答以下问题。投影简答题组。

⑴什么是核反应?为什么说原子核的人工转变是核反应的一种?你还知道哪些核反应?

⑵ 如何用核反应方程表示核反应过程?在核反应中遵循哪些规律?

⑶ 试比较说明核反应与化学反应的本质区别。

生：阅读有关内容后，先独立思考，然后抽查学生回答问题，互相评价，教师倾听。点拔强调如下：

核反应是一种客观变化，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应。它遵守电荷数与质量数守恒两条规律。核反应方程是对核反应过程的抽象表达。

核反应是原子核的变化，结果是产生了新的元素;而化学反应且是原子的重组，原子外层电子的得失，结果是生成了新的分子，并无新元素的产生。

卢瑟福在1919年，首先发现质子，第一次实现了原子核的人工转变。

在原子核的转变中，遵守哪些规律?如此巨大的核能是从哪里来的呢?这是我们在本节课将要学习和探究的新问题。

完成核反应方程：

查德威克(英)在1832年发现中子的核反应方程。

刚才我们研究了核反应中生成新元素和粒子的确定方法及表达形式，下面，我们从能量的角度来分析核反应现象。

核能的释放及计算

1.核能核反应中释放的能量。核能是从哪里来的?

学生阅读教材后，独立思考上述问题，教师倾听、询问、了解学生提出的各种疑问，然后启发讲解，投影如下内容：

爱因斯坦质能方程：E=mc2中，E表示物体的能量，m表示物体的质量，c表示真空中的光速。

在国际单位制中，E、m、c的单位分别取J、kg和m/s。

计算：1㎏物体对应多少能量?

这一能量相当于一个100万Kw的发电厂三年的发电量!

可见，物体所包含(或具有)的能量是非常巨大的。对此，爱因斯坦说过：把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏，看来要自然得多。

物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来?从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化E与物体的质量变化m的关系.

?E = ?m c2

?m 质量亏损：如果在一个核反应中，反应前原子核的总质量m1大于反应后原子核的总质量m2，则?m = m1- m2称为质量亏损。

?E：表示与△m相当的能量

质量数与质量的区别

质量数：一个 原子质量的 为一个质量数

一个 原子质量的 的大小为1.660610-27，称为

原子质量单位，符号为u，即：1 u=1.660610-27㎏

计算：1u的质量相当于________MeV的能量.(1MeV =106 eV , 1eV = 1.602210-19J , c = 2.9979108m/s)

解:

例题：已知质子的质量为1.0067277u，中子的质量为1.008665u.氘核的质量为2.013553u，当质子和中子结合成氘核时，

⑴ 写出核反应方程;

⑵ 质量亏损;

⑶ 放出多少能量?

解：

⑴

⑵ ?m= 1.007277u + 1.008665u-2.013553u =0.002389u

⑶ E=0.002389931.5 MeV =2.22 MeV

核能的计算步骤：

1、写出正确的核反应方程。

2、计算核反应前后的质量亏损△m。

3、根据质能方程△E=△mc2，计算核能。

练习题

氢原子的质量为1.007825u，中子的质量为1.008665u，它们结合成碳12，若已知碳核的质量为12.0000000u;该核反应会放出__________MeV的能量。

答：92.163MeV

小结

核反应

核 能

原子核的人工转变

发现质子

发现中子

核反应的规律

质量数守恒

电荷数守恒

质能方程

E = m c2

?E = ?m c2

质量亏损

?m = m1- m2

注意的几个问题：

①质量数不是质量

②记住以下单位换算关系

1MeV=106eV

1eV=1.602 210-19J

1u(原子质量单位)=1.660610-27kg

③ 1u相当于931.5MeV的能量，这是计算核能经常用到的关系。

教学反馈

课后思考：核能的和平利用。

阅读小材料《中国核电站》

作业：附后面

附:

22-5 核反应 核能 作业

一、选择题

1.关于核能，下列说法中正确的有[ ]

A.核子结合成原子核时，需吸收的能量

B.核子结合成原子核时，能放出的能量

C.不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能量相同

D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值

2.质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为[ ]

A.(mp+mn-m)C2B.(mp+mn)c2C.mc2D.(m-mp)c2

3.关于原子核的能，下面说法正确的是[ ]

A.使原子核分解成粒子时放出的能量

B.核子结合成原子时需要供给的能量

C.核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量

D.核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量

4.在计算核子和原子核的质量时，以u为单位比较方便，关于u下列说法中正确的是[ ]

A.1u1.6610-27kg

C.1u相当于931.5MeV能量

D.u表示一个核子的质量

5.关于爱因斯坦质能方程的下列看法中正确的是[ ]

A.E=mc2中的E是物体以光速c运动的动能

B.E=mc2是物体的核能

C.E=mc2是物体各种形式能的总称

D.由△E=△mc2，在核反应中，亏损的质量△m转化成能量△E放出

E.△E=△mc2表明在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走。

二、填空题

6.已知氢原子的质量为1.007825u，中子的质量为1.008665u，它们结合成碳，碳核的质量为12.000000u，放出的能量为____________________MeV。

7.一个粒子轰击硼核 ，生成碳14，并放出0.75MeV的能量。其核反应方程是_________

_________________________，反应中质量亏损是___________________________㎏。

8.正负电子对撞后，转化为两个光子的总能量是_______电子伏。(正负电子质量m=0.9110-30kg，光子的静止质量为零)

答案

一、选择题

1.BD2.A3.D4.ABC5.CE

二、填空题

6. 92.163 MeV 7. 1.3310-30

8. 1.02106

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