11.4.核能 导学案-2024-2025学年教科版九年级下册物理

课题 第十一章 核能 11.4 核能 导学目标 （1）知道核能的概念，了解核能是如何产生的，认识核裂变和核聚变两种核反应方式。 （2）掌握核裂变的原理，知道链式反应的条件和应用，了解核电站是如何利用核能发电的。 （3）了解核聚变的原理和特点，知道核聚变目前尚未广泛应用的原因，关注核能发展的现状与前景。 （4）能通过计算核能相关的简单问题，理解核能的巨大能量，培养运用物理知识解决实际问题的能力。 （5）认识核能在造福人类的同时可能带来的安全隐患，树立正确的核能利用观和可持续发展的意识。 重点 （1）核裂变和核聚变的原理，以及它们之间的区别。 （2）核电站的工作原理和核能发电的过程，包括能量的转化方式。 （3）通过计算核能相关问题，理解核能的数量级和应用价值。 难点 （1）理解核裂变中链式反应的过程和条件，从微观角度认识核能释放的原理。 （2）核聚变难以控制的原因，以及核聚变在实际应用中的技术难题。 （3）分析核能利用过程中的安全问题和环境保护问题，形成全面、客观的核能利用观念。 导学方法 讲授法、讨论法、多媒体演示法、类比法 课时 2课时 导学过程 课前导学 1. 核能的初步认识：核能是原子核发生_________或_________时释放出的能量。原子核由_________和_________组成，它们依靠强大的_________紧密结合在一起。当原子核发生变化时，这种结合能就会释放出来，形成核能。 2. 核裂变：核裂变是指质量较大的原子核在_________的轰击下，分裂成_________的过程。例如，铀 - 235原子核在受到一个_________的轰击后，会分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出_________。这种反应会不断持续下去，形成_________。 3. 链式反应的条件：发生链式反应需要满足一定的条件。首先，要有足够数量的_________；其次，铀块的体积要达到_________。如果铀块体积太小，中子很容易从铀块中逃逸出去，无法引发持续的链式反应。 4. 核聚变：核聚变是指质量较小的原子核，如_________和_________，在极高的温度和压力下，聚合成_________的过程。核聚变需要在极高的温度下进行，所以也被称为_________。太阳内部时刻都在发生着核聚变，释放出巨大的能量。 5. 核能的应用：核能的主要应用领域之一是_________。核电站利用_________来发电，其能量转化过程是将核能转化为_________，再将_________转化为机械能，最后将机械能转化为电能。此外，核能在军事上也有应用，如_________。 课堂导学 一、核能的本质 1. 原子核的结构：回顾原子的结构，原子由_________和_________组成，原子核又由_________和_________构成。质子带正电，中子不带电，它们之间存在着一种强大的相互作用力——。这种力克服了质子之间的，使原子核保持稳定。 2. 核能的来源：当原子核发生变化时，无论是核裂变还是核聚变，都会有一部分_________转化为能量释放出来。以铀 - 235的核裂变为例，裂变前后的_________存在差异，根据爱因斯坦的质能方程E = mc²（其中E表示能量，m表示质量亏损，c表示真空中的光速，c = 3.0×10⁸m/s），这部分质量亏损会转化为巨大的能量。 3. 质能方程的理解：通过质能方程可以看出，即使是质量亏损非常小的情况下，也能释放出极其巨大的能量。例如，1kg铀 - 235全部发生核裂变释放的能量，相当于2500t标准煤完全燃烧放出的能量。这充分体现了核能的巨大优势。 二、核裂变 1. 核裂变的过程：利用多媒体展示铀 - 235核裂变的动画过程。一个铀 - 235原子核在吸收一个_________后，会变得不稳定，进而分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出2 - 3个_________。这些中子又会去轰击其他铀 - 235原子核，引发新的裂变，如此不断持续下去，就形成了_________。 2. 链式反应的条件探究：组织学生进行讨论，分析链式反应发生的条件。通过类比多米诺骨牌效应，帮助学生理解足够数量的铀 - 235和铀块达到临界体积的重要性。如果铀块体积太小，就像多米诺骨牌之间距离过大，无法持续传递能量，链式反应就无法发生。 3. 核裂变的应用——核电站： （1）核电站的工作原理：详细讲解核电站的工作流程。核电站的核心设备是_________，在反应堆中，铀 - 235发生核裂变释放出核能，使水变成高温高压的蒸汽。蒸汽推动_________转动，将内能转化为机械能。汽轮机带动_________发电，实现机械能到电能的转化。 （2）核电站的优势与安全性：引导学生讨论核电站与传统火力发电站相比的优势，如核能发电不会产生大量的温室气体，对环境的污染较小。同时，强调核电站的安全性措施，如多重防护屏障、严格的监控系统等，确保核反应堆在安全的状态下运行。 三、核聚变 1. 核聚变的原理：讲解核聚变的原理，以氢的同位素氘和氚为例。在极高的温度（几百万摄氏度甚至更高）和压力下，氘核和氚核具有足够的动能克服彼此之间的_________，从而聚合成一个新的原子核——氦核，同时释放出一个_________和大量的能量。 2. 核聚变的特点：组织学生讨论核聚变的特点。核聚变产生的能量比核裂变更巨大，而且核聚变的原料氘在地球上的储量非常丰富，从海水中就可以提取。此外，核聚变反应生成的产物相对较为清洁，不会产生长期的放射性废料。 3. 核聚变的应用现状与挑战：介绍目前核聚变的研究和应用现状。虽然核聚变具有诸多优势，但目前还面临着许多技术难题，如如何实现极高的温度和压力，以及如何约束高温等离子体等。目前，科学家们正在积极研究可控核聚变技术，如托卡马克装置，但距离实现商业化应用还有很长的路要走。 四、核能的计算 1. 核能计算的基本公式：根据质能方程E = mc²，当知道核反应中的质量亏损m时，就可以计算出释放的核能E。例如，在一次核裂变反应中，质量亏损为1×10⁻²⁷kg，那么释放的核能E = 1×10⁻²⁷×(3.0×10⁸)² = 9×10⁻¹¹J。 2. 核能计算的实际应用：通过实际问题，让学生练习核能的计算。如已知一定质量的铀 - 235完全裂变时的质量亏损，计算释放的核能，并与相同质量的煤炭燃烧释放的能量进行比较，让学生直观地感受核能的巨大。 教师引导、学生归纳小结 1. 引导学生回顾核能的概念、核裂变和核聚变的原理、链式反应的条件、核电站的工作原理以及核能的计算等知识点。 2. 组织学生进行小组讨论，总结核裂变和核聚变的区别与联系，以及核能在应用中的优势和面临的挑战。 3. 鼓励学生分享在本节课学习中的收获和疑问，教师进行针对性的解答和补充。 课堂练习 1. 关于核能，下列说法正确的是（ ） A. 核能是原子核发生变化时释放出的能量 B. 核能是原子发生变化时释放出的能量 C. 核能是分子发生变化时释放出的能量 D. 核能是电子发生变化时释放出的能量 2. 核裂变是指（ ） A. 质量较小的原子核聚合成质量较大的原子核的过程 B. 质量较大的原子核分裂成质量较小的原子核的过程 C. 原子核内的质子和中子发生变化的过程 D. 原子核外的电子发生变化的过程 3. 关于链式反应，下列说法正确的是（ ） A. 链式反应不需要条件就能发生 B. 只要有中子轰击铀 - 235，就会发生链式反应 C. 链式反应需要足够数量的铀 - 235和铀块达到临界体积 D. 链式反应只在核电站中发生 4. 核电站利用核能发电，其能量转化过程是（ ） A. 核能→电能→机械能 B. 核能→机械能→电能 C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→内能→电能 5. 核聚变是指（ ） A. 质量较小的原子核聚合成质量较大的原子核的过程 B. 质量较大的原子核分裂成质量较小的原子核的过程 C. 原子核内的质子和中子发生变化的过程 D. 原子核外的电子发生变化的过程 6. 已知在一次核反应中，质量亏损为5×10⁻²⁸kg，根据质能方程计算释放的核能是多少焦耳？（c = 3.0×10⁸m/s） 7. 一个铀 - 235原子核在裂变时释放出约200MeV（1MeV = 1.6×10⁻¹³J）的能量。如果1kg铀 - 235中有2.56×10²⁴个铀 - 235原子核全部发生裂变，释放的总能量是多少焦耳？相当于多少吨标准煤完全燃烧释放的能量？（标准煤的热值为3.0×10⁷J/kg） 课后练习 1. 查阅资料，了解我国核电站的分布情况和发展现状，写一篇500字左右的报告。 2. 收集关于核聚变研究进展的信息，制作一份手抄报，展示核聚变的原理、应用前景和目前面临的挑战。 3. 思考并回答：如果未来核聚变技术实现商业化应用，对我们的生活和社会会产生哪些影响？请从能源供应、环境保护、经济发展等方面进行分析，写一篇800字左右的文章。 课后反思 1. 在教学过程中，学生对核能的概念和核裂变、核聚变的原理理解情况如何？是否需要进一步加强讲解和举例？ 2. 对于核能计算的部分，学生在运用质能方程进行计算时是否存在困难？需要在后续的练习中如何强化？ 3. 在引导学生讨论核能的应用和安全问题时，学生的参与度和思考深度如何？是否达到了培养学生正确核能利用观的目标？ 4. 在教学方法的运用上，多媒体演示法、讨论法等是否有效地帮助学生理解了抽象的知识？还有哪些教学方法可以进一步改进和完善？ 参考答案 课前导学 1. 裂变、聚变、质子、中子、核力 2. 中子、两个或多个中等质量的原子核、中子、2 - 3个中子、链式反应 3. 铀 - 235、临界体积 4. 氘、氚、质量较大的原子核、热核反应 5. 发电、核裂变、内能、内能、原子弹 课堂练习 1. A 2. B 3. C 4. C 5. A 6. 根据质能方程E = mc²，E = 5×10⁻²⁸×(3.0×10⁸)² = 4.5×10⁻¹¹J 7. 一个铀 - 235原子核裂变释放的能量为200×1.6×10⁻¹³J = 3.2×10⁻¹¹J，1kg铀 - 235全部裂变释放的总能量为3.2×10⁻¹¹×2.56×10²⁴ = 8.192×10¹³J。相当于标准煤的质量为8.192×10¹³÷(3.0×10⁷) = 2.73067×10⁶kg = 2730.67t 以上导学案围绕教材内容，对核能相关知识进行了较为详细的梳理，通过多种教学方法和练习，帮助学生掌握核能的重点知识，突破难点内容，培养学生的科学思维和实践能力，同时引导学生树立正确的核能利用观。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$