第二节 核能（表格式教学设计）物理新教材鲁科版（五四学制）九年级下册

第二节 核能（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第二节 核能 教学目标 物理观念 知道原子核由质子和中子组成，核能由核裂变或核聚变释放；了解裂变（链式反应）、聚变（热核反应）的概念及应用（核电站、原子弹、氢弹）。 科学思维 通过对比裂变与聚变的条件和特点，培养分析比较能力；从链式反应的可控与不可控，认识控制变量在技术应用中的作用。 科学探究 通过分析核反应堆工作原理，提升模型理解和信息提取能力；关注可控核聚变的研究进展，体会科学探究的持续性。 科学态度 与责任 认识我国核能技术成就（如华龙一号），增强民族自豪感；了解能源现状，树立节约能源和开发新能源的责任意识。 教材分析 本节围绕核能展开，知识体系涵盖原子核结构、裂变与聚变、能量转化及可再生能源等核心概念，体现从微观粒子到宏观能源应用的认知逻辑，衔接力学、能量守恒等定量内容，关联科学态度与社会责任素养。重点在于理解核能释放原理，难点在于核反应过程的抽象性与微观机制的理解。教学应以类比法解析质子中子结合（如豆粒在广场），通过链式反应示意图帮助学生构建模型，结合华龙一号、EAST等实例激发兴趣。学习活动可设计讨论可控核反应的意义、比较不同能源优劣，目标定位为认识能源转化途径及其社会影响，通过问题驱动与图示分析促进认知进阶，最终达成对新能源利用的初步科学判断能力。 学情分析 学生此前已学过原子结构、电荷、能量转化等基础知识，了解分子由原子构成及能量的基本概念。初中阶段学生抽象思维逐步发展，但对微观粒子（质子、中子）及核力等抽象概念理解较难，对链式反应、聚变等动态过程的空间想象能力不足，易混淆裂变与聚变的条件和应用。教材重难点是核能的产生原理（裂变与聚变的区别）、链式反应的可控与不可控应用（核电站与原子弹）及能源分类，要求学生能区分裂变与聚变的特点，理解核电站发电原理，建立能源利用与可持续发展的联系，同时通过我国核能技术成就增强民族自豪感。 教学重点 通过分析原子核结构，理解核能产生的两种方式：裂变和聚变。 结合实例，掌握核电站利用可控链式反应发电的基本原理。 教学难点 理解裂变和聚变过程中原子核结构变化与能量释放的关系。 区分可控链式反应（核电站）与不可控链式反应（原子弹）的实际应用差异。 教学准备 相关模型、挂图、课件、视频等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 周末小明和家人去海边度假，傍晚时分，他们围坐在沙滩上，看着夕阳缓缓沉入海平面，爸爸指着天空说：“你们知道吗？我们现在看到的阳光，其实是太阳在1.5亿公里外发出的光，经过大约8分钟才到达地球。”小明好奇地问：“那太阳为什么能一直发光发热，烧了这么多年都不灭？”爸爸笑着说：“这可不是普通的燃烧，太阳的能量来自它内部深处每时每刻都在发生的‘核聚变’，就像无数个微型氢弹在连续爆炸。”小明惊讶地睁大了眼睛：原来我们每天享受的阳光，背后竟藏着如此巨大的能量秘密！那么，这种藏在原子核里的能量究竟是怎么释放出来的？又为什么能持续这么久呢？ 本节课将学习相关内容。 学习新课 一、核能 1. 原子核的组成 原子核通常由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电；质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。 2. 核能 （1）核能：质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。 （2）释放核能的方式：核裂变和核聚变。 【例题1】（25-26九年级上·北京·月考）关于原子及其结构，下列说法中不正确的是（　　） A．通常情况下，原子整体不显电性 B．原子是由原子核和核外电子构成的 C．金属导电靠的是自由电子 D．原子核带负电，核外电子带正电 【答案】D 【详解】A. 通常情况下，原子核带正电，核外电子带负电，且电荷量相等，因此原子整体不显电性，故A正确，不符合题意； B. 原子由原子核和核外电子构成，这是原子结构的基本模型，故B正确，不符合题意； C. 金属中，自由电子定向移动形成电流，因此导电靠自由电子，故C正确，不符合题意； D. 原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电，因此原子核带正电；核外电子带负电，故D错误，符合题意。 故选D。 【例题2】（2025·贵州遵义·模拟预测）如图，是科学家们提出的两种原子结构模型示意图，其中图 与卢瑟福提出的原子结构模型相似。 【答案】乙 【详解】在卢瑟福的原子核结构模型中，原子是由位于中心的很小的原子核，以及在核外绕核运动的电子组成的，这一模型也被称为“核式结构模型”。观察图中模型：甲图是汤姆孙提出的“枣糕模型”，认为原子是均匀分布的“球体”，电子镶嵌其中；乙图呈现“中心有核、电子绕核运动”的结构，与卢瑟福提出的原子结构模型特征一致。 【例题3】（24-25八年级下·江西南昌·期末）如图所示，每一个卡通小人代表一个分子，建立甲、乙、丙三种物质的微观模型。模型丙代表的是气体，则模型甲代表的是 体（选填“气”、“液”和“固”），模型乙代表的物质形态有一定的 ，没有一定的形状。 【答案】 固 体积 【详解】[1]固体分子之间的间隙最小，气体分子之间的间隙最大，故模型甲代表固体。 [2]固态物质中，分子排列十分紧密且有规则，分子间作用力强，分子位置相对稳定，所以固体有一定的体积和形状；液态物质中，分子没有固定位置，运动比较自由，分子间作用力比固体小，因此液体有一定的体积，但没有确定的形状，具有流动性；气态物质中，分子间距很大，极度散乱，并以高速向四面八方运动，分子间作用力极小，所以气体没有一定的形状和体积，能充满整个容器。模型乙代表液体，有一定的体积，没有一定的形状。 【例题4】（25-26九年级下·全国·单元测试）如图甲所示，是粒子散射实验示意图。1909年，著名科学家卢瑟福进行了粒子散射实验。结果发现，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数的粒子偏转超过，有的甚至几乎达到，像是被金箔弹了回来。 (1)根据实验现象，卢瑟福提出，“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是 。 (2)金箔包含了3000层金原子，绝大多数粒子穿过后方向不变，下列有关该现象的解释中合理的是____________（填字母）。 A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的 (3)根据以上的现象分析，以氢原子为例，正确的模型是图乙中的 。 【答案】(1)原子核 (2)B (3)C 【详解】（1）绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数的粒子偏转超过，说明原子的质量主要集中在原子核上，这里的“很小的结构”指的是原子核。 （2）绝大多数粒子穿过后方向不变，是因为原子内部绝大部分空间是空的，粒子在穿过时很少受到阻碍，故A不符合题意，B符合题意。 故选B。 （3）原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小、质量大，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核做高速运动，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 学习新课 二、核裂变 1.裂变： 1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出2至3个中子。 2.链式反应： 当中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放大量核能的同时产生出几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。 3.裂变的应用： （1）原子弹 链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。根据这一原理，在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。 （2）核电站 核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是核反应堆。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。 a. 核反应堆：核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。 b. 核电站的工作原理及能量转化 核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。 4.. 核电站和核废料处理： 核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生放射线。如果放射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。 （1）核泄漏的危害。核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制订了严格的安全措施和安全标准。 （2）核电站严格的安全措施和安全标准。 （3）核废料的处理。核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带。 【例题5】和平利用核能，提高清洁能源比重，是我国能源发展战略的重要内容，关于核能，下列说法正确的是（　　） A．核反应堆中，核能是通过聚变释放的能量 B．核反应堆中，核能是通过裂变释放的能量 C．核能是可再生能源 D．日本核废水排海说明核能清洁无污染 【答案】B 【详解】AB．由于核裂变比较容易控制，而核聚变不容易控制，所以目前我国核电站的核反应堆中是通过可以控制的核裂变来释放能量的。故A错误，B正确； C．短期内可以从自然界中得到补充的能源是可再生能源。核燃料消耗后短期内不能从自然界中得到补充，属于不可再生能源，故C错误； D．核能会产生大量核废料，有着极强的放射性，对环境的污染极大，故D错误。 故选B。 【例题6】核能是我国正在大力开发和利用的一种有前途的能源，右图是核能发电原理图。下列说法正确的是（　　） A．核能是一种可再生能源 B．核反应堆通过不可控裂变反应释放核能 C．发电机工作时将电能转化为机械能 D．我国供生活用的交流电频率是50Hz 【答案】D 【详解】A．核能不能在短时间内重复获得，所以核能是不可再生能源，故A错误； B．在核电站的反应堆中发生的是可控核裂变，这种反应称为链式反应，故B错误； C．核电站发电的过程是将核裂变产生的核能转化为内能，再通过汽轮发电机转化为电能，所以发电机工作时将核能转化为电能，故C错误； D．交流电的频率是指电流方向每秒变化的次数，我国供生活用的电是交变电流，它的频率是50Hz，故D正确。 【例题7】2024年6月19日，“和气一号”核能项目在江苏田湾核电基地建成投产，目前的核电站是利用 （核裂变/核聚变）进行发电，核能属于 （可再生/不可再生）能源。 【答案】 核裂变 不可再生 【详解】[1]核能主要包括核裂变与核聚变，由于核聚变的反应目前还不可控，故核电站主要是利用了原子核发生可控制的核裂变释放出的核能来发电的。 [2]核能一旦消耗就很难再生，核电站所用的核燃料属于不可再生能源。 学习新课 三、核聚变 1.聚变： 如果将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。 2.氢弹 氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。 3.太阳内部的聚变 在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约为6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 【例题8】中国“人造太阳”——磁约束核聚变实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，实现403s稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了托卡马克装置高约束模式运行新的世器纪录。下列说法正确的是（    ） A．核能属于二次能源 B．核能属于不可再生能源 C．太阳能属于不可再生能源 D．“人造太阳”获取核能的方式如图乙所示 【答案】B 【详解】A．能够从自然界直接获取的能源为一次能源，核能属于一次能源，故A错误； B．核能短期内不能够从自然界源源不断得到补充，属于不可再生能源，故B正确； C．太阳能可以从自然界源源不断得到补充，属于可再生能源，故C错误； D．“人造太阳”获取核能的方式是核聚变，甲图是核聚变示意图，乙图是核裂变示意图，故D错误。 故选B。 【例题9】关于太阳内部核反应的说法正确的是（　　） A．是核裂变，反应吸收能量 B．是核裂变，反应放出能量 C．是核聚变，反应吸收能量 D．是核聚变，反应放出能量 【答案】D 【详解】太阳内部是一个巨大的核能火炉，每时每刻都在发生核聚变，释放出巨大的核能；因此太阳内部发生的是核聚变，且在发生聚变时向外释放出惊人的能量，故D正确，ABC错误。 【例题10】“中国环流三号”是我国目前设计参数最高、规模最大的核聚变大科学装置，也被称为中国的新一代“人造太阳”。下列说法中正确的是（　　） A．“人造太阳”与核电站释放能量的方式相同 B．核电站核反应堆中发生可控核裂变 C．风能、水能、太阳能、电能均属于一次能源 D．核聚变装置能量转化率可达100% 【答案】B 【详解】A．“人造太阳”利用核聚变释放能量，核电站利用可控核裂变释放能量，二者释放能量的方式不同，故A错误； B．核电站核反应堆中发生的是可控核裂变，通过控制核裂变的速度来稳定地释放能量，故B正确； C．风能、水能、太阳能属于一次能源，电能是由其他能源转化而来的，属于二次能源，故C错误； D．在任何能量转化过程中，由于存在能量的损耗，能量转化率都不可能达到100%，核聚变装置也不例外，故D错误。 板 书 设 计 第二节 核能 1.原子结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电 2.核能来源：大原子核裂变或小原子核聚变时释放的巨大能量 3.裂变：铀核裂变产生链式反应，用于核电站发电 4.聚变：氢核在高温高压下结合，太阳能量来源 5.特点：能量巨大但不可再生 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.完成课本P103中的1-4小题。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $