16.3 核能的开发与利用 教学设计 2026-2027学年物理北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“核能的开发与利用”，涵盖核裂变、核聚变、质能方程、核电站及核安全等核心知识。课堂导入通过追问能量源头，关联太阳核聚变与日常能量形式，建立前后知识脉络，搭建学习支架。 该资料特色在于融合物理观念（如质能方程E=mc²的理解、能量转化链梳理）、科学思维（核裂变与核聚变对比分析、辩证看待核能“双刃剑”属性）和科学态度与责任（“两弹一星”精神教育、中国核电成就展示）。运用链式反应模拟动画、类比分析法（如“多米诺骨牌”比喻链式反应）等，帮助学生突破难点，提升科学探究能力，也为教师提供清晰教学框架与丰富素材。

16.3 核能的开发与利用 课题 16.3 核能的开发与利用 课型 新授课 课时 1课时 教材版本 北师大版（2024）九年级全一册 教学方法 讲授法、多媒体演示法、类比分析法、小组讨论法 教学用具 链式反应模拟动画、核电站原理示意图、多媒体课件 教材分析：本节是第十六章“永恒的探索：宇宙和粒子”的第三节，在学习了电磁波、粒子和宇宙基本知识之后，深入探讨核能的开发与利用。本节聚焦三大知识板块：核能的基本原理（核裂变与核聚变的定义、特点、公式E=mc²）、核能的利用（核电站的结构与能量转化、可控核聚变的探索）、核安全的"双刃剑"问题（核泄漏风险、核废料处理原则）以及"两弹一星"的民族科技成就。本节知识既有前沿科技的时代感，又蕴含爱国主义教育的契机，是物理学科核心素养中科学态度与责任培养的重要载体。 学情分析：学生在此之前已经学习了能量守恒定律、内能、机械能、电能等能量形式及相互转化的基本概念，具备分析能量转化过程的能力。同时，学生在化学课程中已初步接触原子结构知识，对原子核有一定认识；通过新闻媒体对核电站（如大亚湾核电站）、核泄漏事故（如福岛、切尔诺贝利）以及"两弹一星"有一定了解，但缺乏系统的物理原理知识。学生对核能话题普遍有浓厚兴趣，尤其对原子弹、核电站等话题充满好奇。本节课需要从学生已有能量观出发，帮助其建立“质量与能量可以相互转化”的物理观念，将感性认知上升为理性分析。 一、核心素养目标 （一）物理观念 知道核能的定义，理解爱因斯坦质能方程E=mc²的物理意义：质量与能量可以相互转化。 知道核裂变的定义——重核（铀核）被中子轰击分裂为两个中等质量的核，同时放出中子和能量；理解链式反应的原理及其两种结果（不加控制→原子弹；可控→核电站）。 知道核聚变的定义——轻核（氘、氚）在极高温度（≈1亿℃）下结合成重核并释放能量；了解核聚变相对于核裂变的三大优势：原料丰富（海水含氘）、能量密度高（裂变的4倍以上）、无污染（产物氦无放射性）。 了解核电站的能量转化链：核能→内能→机械能→电能；知道核反应堆中四大组件（核燃料铀棒、控制棒镉棒、减速剂石墨/重水、冷却剂水）的功能。 了解核安全三原则（和平利用、严格管控、防扩散），知道核废料的分类与处理方式（低放射性→浅层填埋，高放射性→深层地质填埋）。 （二）科学思维 能通过对比分析核裂变与核聚变的条件、产物、能量密度和应用，建立系统比较的科学思维方法。 能分析核电站能量转化链中各环节的能量形式变化，运用能量守恒观念理解核能利用的全过程。 能辩证看待核能的"双刃剑"属性——既是高效清洁的能源，又潜藏核泄漏和废料处理的重大风险。 （三）科学探究 通过观看链式反应模拟动画，体会一个中子→2~3个中子→持续分裂的反应倍增过程。 通过阅读分析核电站原理示意图，理解能量转化链：核能→内能→机械能→电能。 （四）科学态度与责任 通过学习核安全与核废料处理知识，树立“和平利用核能、关注核安全”的科学态度。 通过学习"两弹一星"的成就——尤其是邓稼先、于敏等科学家的贡献，体会“热爱祖国、无私奉献”的民族精神，增强民族自豪感和科技报国的责任感。 了解中国在核电领域从"跟跑"到"领跑"的成就（华龙一号），以及可控核聚变（东方超环EAST）的前沿探索，感受中国科技力量的崛起。 二、教学重难点 教学重点：核裂变与核聚变的定义、特点和区别；链式反应的原理及控制方法；核电站的结构与能量转化链；核安全与核废料处理的基本原则。 教学难点：链式反应的动态过程理解（中子的倍增效应）；核反应堆中控制棒（镉棒吸收中子）和减速剂（石墨/重水减慢中子速度）的协同工作原理；辩证认识核能的"双刃剑"属性。 三、教学过程 （一）情境导入（约3分钟） [教师活动]同学们，当我们说到“能量”这个词，你会想到什么？煤炭燃烧、石油驱动汽车、风车发电、水电站……这些能量的源头追溯到最后，几乎都可以归结为核能——太阳内部核聚变释放的能量，以光和热的形式传播到地球，驱动了地球上的万物生长和气候变化。但是，能不能不通过太阳这个“中间商”，而是让人类直接掌控核能？今天这节课我们学习16.3 核能的开发与利用——原子核虽小，却能释放出惊人的能量。 [学生活动]学生回顾各种能量形式（化学能、水能、风能、太阳能等），思考它们的最终来源。 [设计意图]以能量的源头追问引入，引导学生发现各种能量形式与核能的深层联系，激发对核能原理的好奇心，为后续学习建立认知动机。 [过渡语]原子核的体积仅占原子体积的几千亿分之一，但在一定条件下却能释放出惊人的能量。原子核为什么能释放能量？这背后隐藏着怎样的物理规律？让我们从核能的公式说起。 （二）任务一：核能与核裂变（约12分钟） 环节1：核能公式——质能方程 [教师活动]1905年，爱因斯坦提出了著名的质能方程。公式中E表示物质具有的能量，m表示物质的质量，c表示光在真空中的传播速度（约为3×10⁸ m/s）。这个公式告诉我们一个被忽略的事实——质量与能量之间可以相互转化。原子核在发生裂变或聚变时，反应前后会产生微小的质量亏损，按照E=mc²的关系，这部分亏损的质量就转化为巨大的能量释放出来。因为光速c是一个极大的数值（3×10⁸），它的平方更是天文数字，这意味着极微小的质量亏损就能释放出巨大的能量。 [学生活动]学生理解质能方程E=mc²的物理意义：质量亏损→能量释放。知道c=3×10⁸ m/s，c²是一个极大的系数。 [知识点]质能方程：E=mc²。E——能量；m——质量；c——光速（3×10⁸ m/s）。物理意义：质量与能量可以相互转化，微小的质量亏损即能释放巨大能量。 环节2：核裂变——重核的分裂 核裂变示意图：中子轰击铀核，铀核分裂为两个中等质量核并释放中子 [教师活动]核能的释放主要有两种途径。第一种是核裂变。1938年，物理学家用中子轰击铀核，发现铀核分裂成两个中等质量的核，同时放出中子和巨大的能量——这就是核裂变。用一个形象的比喻：中子就像一把“钥匙”，插进铀核这把“锁”，铀核被“打开”后分裂成两个较小的核，并释放出更多的“钥匙”（中子）。 [学生活动]学生理解核裂变的定义：重核（铀核）被中子轰击→分裂为两个中等质量的核→放出中子和能量。 [教师活动]大家注意一个惊人的数字——1 kg铀全部裂变放出的能量，相当于2500 t优质煤完全燃烧所放出的能量。也就是说，一节手指大小的铀，释放的能量相当于一列货运火车的煤炭！这是核能能量密度的直观体现。 [知识点]核裂变定义：重核（铀核）被中子轰击→分裂为两个中等质量的核→放出中子和能量。1 kg铀≈2500 t优质煤的能量。1938年由物理学家发现。 环节3：链式反应——核裂变的倍增效应 链式反应示意图：一个中子引发持续倍增的核裂变过程 [教师活动]核裂变一旦开始，会引发一种“连锁反应”——我们称之为链式反应。当第一个中子轰击铀核使其分裂时，会放出2~3个中子，这些中子再去轰击其他铀核，引发更多裂变，每个裂变又放出2~3个中子……如此下去，裂变的规模以指数级迅速增长，瞬间释放出巨大的能量。用一个比喻——就像多米诺骨牌，推倒第一块，后面的骨牌连锁倒下。 [学生活动]学生观看链式反应模拟动画，理解中子的倍增效应：1个中子→2~3个中子→持续分裂→大量能量。 [教师活动]链式反应有两种截然不同的利用方式。不加控制——瞬间释放能量，这就是原子弹的原理。加以控制——缓慢释放能量，这就是核电站的原理。同一原理、同一种核反应，控制方式不同，结果就天差地别。 [知识点]链式反应：一个中子轰击铀核→放出2~3个中子→继续轰击其他铀核→持续分裂并释放大量能量。两种结果：(1)不加控制→原子弹；(2)可控→核电站。 [链式反应核心理解]链式反应的关键在于中子的倍增——每个裂变放出2~3个中子。控制链式反应速度的本质就是控制中子的数量。不加控制时中子不断增多→反应越来越剧烈→原子弹；加以控制时吸收多余中子→反应稳速进行→核电站。控制方法：用镉棒吸收多余的中子。 [过渡语]核裂变利用的是重核的分裂。自然界中还有另一条释放核能的路径——轻核的结合。这条路能量效率更高，原料也更丰富，它是什么？ （三）任务二：核聚变（约8分钟） 环节1：核聚变——轻核的结合 核聚变示意图：氘核和氚核在极高温度下结合成氦核 [教师活动]核聚变与核裂变恰好相反——它是轻核结合成重核的过程。具体来说，是氢的同位素氘和氚在极高温度（≈1亿℃）下结合成氦核（一种重核），同时释放出巨大的能量。注意这里的条件——“极高温度”，约1亿摄氏度。这个温度有多高？我们生活中见到的火焰最高不过两三千度，钢铁熔化的温度约1500℃，而核聚变需要1亿摄氏度——这是一个我们日常经验完全无法触及的温度量级。 [学生活动]学生理解核聚变定义：轻核（氘、氚）→极高温度（≈1亿℃）→结合成重核→释放能量。 [知识点]核聚变定义：轻核（氢的同位素氘、氚）在极高温度（≈1亿℃）下结合成重核，释放能量。 环节2：核聚变的三大优势 [教师活动]与核裂变相比，核聚变有三方面明显优势。第一，原料极其丰富——海水中含有大量的氘。据估算，地球上海水中的氘如果全部用于核聚变，可供人类使用数十亿年，几乎可以说是取之不尽的能源。第二，能量密度更高——核聚变的能量密度是核裂变的4倍以上，也就是说相同质量的燃料，聚变释放的能量是裂变的4倍多。第三，无污染——核聚变的产物是氦，氦是一种惰性气体，没有放射性，不会产生像核裂变那样的放射性废料。 [学生活动]学生归纳核聚变三大优势：原料丰富（海水中的氘）、能量密度高（裂变的4倍以上）、无污染（产物氦无放射性）。与课前对核能“有污染、不安全”的刻板印象对比，修正认知。 [知识点]核聚变三大优势：(1)原料丰富——海水中含大量氘，可供人类使用数十亿年；(2)能量密度高——是核裂变的4倍以上；(3)无污染——产物是氦，无放射性。 [核裂变 vs 核聚变对比](1)裂变：重核→分裂→中等质量核→可控（核电站）/不可控（原子弹）；原料为铀等重元素，有放射性废料。(2)聚变：轻核→结合→重核→目前尚未实现可控利用（仅氢弹不可控）；原料为氘（海水中），产物氦无放射性。 环节3：太阳——天然的核聚变反应堆 太阳内部核聚变示意图：氢核在高温高压下持续发生聚变 [教师活动]核聚变最典型的例子，就是我们每天都能见到的——太阳！太阳内部的温度高达1570万摄氏度，压力极大，在这样的极端条件下，氢核持续发生核聚变，释放的能量以光和热的形式传播到地球。可以说，太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉——化石能源（煤、石油）来自远古植物固定的太阳能，风能和水能也来自太阳对地球大气的加热驱动。 [学生活动]学生理解：太阳内部氢核聚变是地球上绝大多数能量的最终来源。 [知识点]太阳能量源泉：核聚变。太阳内部温度1570万℃，压力极大，氢核持续发生核聚变→光和热→驱动地球生态系统。 [设计意图]通过揭示太阳能量来源与核聚变的内在联系，帮助学生建立统一的能量观，理解太阳这个"天然聚变堆"与地球上人类正在探索的"人造太阳"之间的科学关联。 （四）任务三：核能的利用——核电站（约10分钟） 环节1：核电站的核心设备与工作原理 [教师活动]核电站是利用核能发电的设施，其核心设备是核反应堆。核反应堆的原理前面我们已经学习了——就是可控的链式反应。在核反应堆中，链式反应在严格控制下缓慢释放核能，这些核能被用来加热水产生蒸汽，再驱动汽轮机带动发电机发电。 [学生活动]学生理解：核反应堆=可控链式反应的装置。核电站=核反应堆+汽轮机+发电机。 [知识点]核电站核心设备：核反应堆。原理：可控链式反应——在控制下缓慢释放核能。 环节2：核电站的能量转化过程 核电站能量转化链示意图：核能→内能→机械能→电能 [教师活动]核电站工作过程中的能量转化是一条清晰的链条——核能→内能→机械能→电能。具体来说：第一步，核反应堆中核裂变释放核能，核能转化为冷却剂（水）的内能，水被加热变成高温高压的蒸汽；第二步，高温高压蒸汽驱动汽轮机旋转，内能转化为汽轮机的机械能（动能）；第三步，汽轮机带动发电机转动，机械能最终转化为电能输出到电网。请同学们在笔记本上画出这条能量转化链。 [学生活动]学生绘制能量转化链：核能→（核裂变，加热水）→内能→（蒸汽推动汽轮机）→机械能→（汽轮机带动发电机）→电能。 [知识点]能量转化链：核能→内能→机械能→电能。核裂变释放核能→加热水产生蒸汽（内能）→蒸汽驱动汽轮机旋转（机械能）→汽轮机带动发电机发电（电能）。 环节3：核反应堆的四大组件 核反应堆结构示意图：铀棒、镉棒、石墨/重水减速剂、冷却水 [教师活动]核反应堆由四大关键组件构成，每一个都不可或缺。第一，核燃料——铀棒，发生核裂变释放能量的主体，是反应堆的“心脏”。第二，控制棒——镉棒，它的作用是吸收中子，控制链式反应的速度。插入越深，吸收的中子越多，反应越慢；拔出越多，参与链式反应的中子越多，反应越快。第三，减速剂——石墨或重水，它的作用是减慢中子的速度。为什么需要减速？因为速度太快的中子不容易被铀核捕获——就像你太快地跑过一个门，来不及拐进去一样。慢下来的中子更容易撞击铀核引发裂变。第四，冷却剂——水，它的作用是把核反应产生的热量带走，同时产生蒸汽驱动汽轮机。 [学生活动]学生记忆核反应堆四大组件的名称、材料和功能，完成学案中四大组件表的填写。 [知识点]核反应堆四大组件：(1)核燃料——铀棒（发生核裂变）；(2)控制棒——镉棒（吸收中子，控制链式反应速度）；(3)减速剂——石墨/重水（减慢中子速度，使其更容易被铀核捕获）；(4)冷却剂——水（带走热量，产生蒸汽驱动汽轮机）。 [控制棒与减速剂的关键区别]控制棒（镉棒）的作用是%s吸收%s中子——减少参与反应的中子数量，从而减慢反应速度。减速剂（石墨/重水）的作用是%s减慢%s中子速度——降低中子的运动速度，但不减少其数量，使其更容易被铀核捕获从而引发裂变。二者一个%s控制数量%s、一个%s调节速度%s，协同配合确保核反应堆安全稳定运行。 环节4：中国核电成就——华龙一号 [教师活动]在核电技术领域，中国已经实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。“华龙一号”是我国自主研发的第三代核电技术，满足全球最高安全标准，已实现商业化运营，标志着我国核电技术实现自主可控。这意味着我们不再依赖国外的核电技术，可以用自己的技术建造安全可靠的核电站。 [学生活动]学生了解中国在核电领域的成就，感受科技自主创新的意义。 [知识点]"华龙一号"：我国自主研发的第三代核电技术，满足全球最高安全标准，已实现商业化运营。标志着我国核电技术自主可控。 环节5：可控核聚变的探索——“人造太阳” 东方超环（EAST）装置——中国可控核聚变研究装置 [教师活动]虽然核聚变有诸多优势，但实现可控核聚变是当今世界最大的科技挑战之一。最大的难点在于需要维持1亿℃以上的极高温度和足够的压力，同时又要将高温等离子体约束在一个有限的装置内。我国在可控核聚变领域走在世界前列——“东方超环”（EAST）已经实现了1.2亿℃持续101秒、4亿℃持续20秒的世界纪录级突破。虽然距离真正的商业化发电还有很长的路要走，但这些突破让我们看到了"“人造太阳”"的曙光。 [学生活动]学生了解可控核聚变的前沿探索，感受中国在前沿科技领域的贡献。 [知识点]"东方超环"EAST：中国可控核聚变研究装置。成就：1.2亿℃持续101秒、4亿℃持续20秒。难点：维持1亿℃以上高温+足够压力。 [过渡语]核能是高效清洁的能源，但也是一把"双刃剑"。利用核能的同时，我们如何应对它潜藏的巨大风险？ （五）任务四：核安全与核废料处理（约6分钟） 环节1：核安全原则与核风险 核安全——切尔诺贝利与福岛核事故警示 [教师活动]国际社会对核能的利用有三大基本原则——“和平利用、严格管控、防扩散”。和平利用意味着核能不能被用于军事目的（指侵略性用途）；严格管控意味着核设施和核材料的管理必须极端严格；防扩散意味着防止核武器技术向更多国家扩散。然而，即便有最严格的安全措施，核能利用仍然潜藏巨大风险。核泄漏是最严重的核事故——放射性物质一旦释放到环境中，会对生态系统和人类健康造成长期的、不可逆的危害。历史上最严重的两次核事故是1986年的切尔诺贝利事故和2011年的福岛核事故。 [学生活动]学生了解核安全三原则和历史上重大核事故的警示意义。思考：既然核能有巨大风险，为什么人类还要发展核能？ [教师活动]这个问题的核心在于能源需求的迫切性与风险的权衡。化石能源面临枯竭和碳排放问题，可再生能源（风能、太阳能）又受自然条件限制，核能是目前人类掌握的少数可以大规模稳定提供清洁电力的技术之一。关键是防控风险，而不是因噎废食。 [知识点]核安全三原则：和平利用、严格管控、防扩散。核风险：核泄漏（切尔诺贝利1986、福岛2011）释放放射性物质，危害环境与健康。 环节2：核废料处理——核能的后遗症 核废料分类与处理方式示意图 [教师活动]除了核泄漏风险，核能利用还有一个棘手的“后遗症”——核废料。核废料根据放射性水平分为两类。第一类是中低放射性废料，如被污染的设备外壳、工作服等，处理方式是密封后浅层填埋。第二类是高放射性废料，如用过的铀棒（乏燃料），仍然具有很强的放射性，需要先冷却、再固化，最后进行深层地质填埋——需要在地下数百米的稳定岩层中隔离数万年之久，直到其放射性衰减到安全水平。如何安全、永久地处理高放射性核废料，至今仍是一个全球性的重大课题。 [学生活动]学生了解核废料的两大分类及相应处理方式，认识核废料处理面临的长期挑战。 [知识点]核废料分类：(1)中低放射性废料——密封后浅层填埋；(2)高放射性废料（乏燃料）——冷却→固化→深层地质填埋（需隔离数万年）。核废料永久安全处理是重大课题。 [核安全警示]核能的“双刃剑”属性：(1)正面——高效、清洁、能量密度极大，是应对能源危机和碳排放的重要选项；(2)反面——核泄漏后果不可逆（放射性污染持续数十年至数万年）、核废料处理无完美方案、核技术存在军事化扩散风险。利用核能的前提是极端严格的安全管控。 [过渡语]核技术不仅用于发展能源，在新中国成立初期，我国顶着巨大的国际压力，独立自主地完成了核武器的研发——"两弹一星"的成就，是中华民族自强不息精神的集中体现。 （六）任务五：“两弹一星”与民族精神（约5分钟） 环节1：“两弹一星”的成就时间线 "两弹一星"成就时间线：1960导弹→1964原子弹→1967氢弹→1970东方红一号 [教师活动]“两弹一星”中的"两弹"最初指导弹和原子弹，后来演变为原子弹（核弹）和氢弹（热核弹），"一星"指人造地球卫星。建国初期，我国的武器制造水平十分落后，为了国家的独立自主和长治久安，党中央做出了自主研发核武器和人造卫星的战略决策。在一代又一代科学家的艰苦奋斗下，我们取得了举世瞩目的成就——1960年，第一枚自主研制的导弹发射成功；1964年，第一颗原子弹爆炸成功；1967年，第一颗氢弹空爆试验成功；1970年，第一颗人造地球卫星"东方红一号"发射成功。从原子弹到氢弹，中国仅用了2年8个月，是所有有核国家中时间最短的。 [学生活动]学生识记"两弹一星"四个里程碑时间节点，理解每一个成就的历史意义。 [知识点]"两弹一星"成就时间线：(1)1960年——第一枚自主研制导弹发射成功；(2)1964年——第一颗原子弹爆炸成功；(3)1967年——第一颗氢弹空爆试验成功；(4)1970年——第一颗人造地球卫星"东方红一号"发射成功。从原子弹到氢弹仅用2年8个月（世界最短）。 环节2：“两弹一星”的核心贡献者 邓稼先与于敏——"两弹一星"的核心科学家 [教师活动]在"两弹一星"的背后，是一批隐姓埋名、无私奉献的科学家。邓稼先——原子弹理论设计的核心人物，他领导团队在极其艰苦的条件下完成了原子弹的理论设计，被称为"“两弹元勋”"。于敏——氢弹原理突破的关键科学家，他在氢弹理论研究中做出了独创性贡献，被称为"“中国氢弹之父”"。这些科学家的事迹是中华民族宝贵的精神财富。 [学生活动]学生了解邓稼先、于敏等科学家的贡献，感受老一辈科学家热爱祖国、无私奉献的精神。 环节3：“两弹一星”的历史与现实意义 [教师活动]"两弹一星"的意义不仅在于军事和科技层面，它对整个国家有着深远的战略影响。第一，极大提升了中国的国际地位——使中国成为世界上少数几个拥有核武器和卫星技术的国家之一，打破了超级大国的核垄断。第二，保障了国家安全——核威慑力量的存在，为国家争取了宝贵的和平发展环境。第三，带动了科技事业发展——"两弹一星"攻关过程中培养了一大批科技人才，建立了完整的国防科技工业体系。第四，凝聚了民族精神——"热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀"的"两弹一星"精神，至今仍然是激励我们前行的强大动力。 [学生活动]学生讨论"两弹一星"的现实意义：今天的青少年能从"两弹一星"精神中汲取什么？如何在学习中践行这种精神？ [知识点]"两弹一星"意义：(1)提升国际地位——打破核垄断；(2)保障国家安全——核威慑维护和平环境；(3)带动科技发展——建立完整国防科技工业体系；(4)凝聚民族精神——热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗。 [设计意图]"两弹一星"内容不仅是核物理知识的延伸，更是爱国主义教育和科学精神培养的重要载体。通过讲述邓稼先、于敏等科学家隐姓埋名、为国奉献的事迹，引导学生理解科技工作者对国家安全的重大贡献，建立正确的科学价值观。 [过渡语]前面我们学习了核裂变、核聚变、核电站、核安全以及"两弹一星"的核心内容。现在通过几道练习题来检验和巩固所学知识。 （七）课堂练习（约6分钟） [教师活动]练习1：下列关于原子核裂变和聚变的说法，正确的是（　　） A．目前人类还不能有效控制原子核裂变 B．自然界中只有在人为的条件下才会发生核聚变 C．到目前为止，人类获得核能有两条途径，即核裂变和核聚变 D．原子核在任何条件下都能发生聚变 [学生活动]选C。解析：A错误——核电站即是通过核反应堆有效控制核裂变的实例；B错误——太阳内部持续发生天然核聚变；C正确——核裂变和核聚变是人类获得核能的两条基本途径；D错误——核聚变需要极高温度（≈1亿℃）和极大压力。 [教师活动]练习2：核电站发电利用的是原子核发生__________（填“裂变”或“聚变”）时释放的能量，其核能属于__________（填“可再生”或“不可再生”）能源，其巨大能量来自图__________（选填“A”或“B”）所示的核反应。 练习2配图：核裂变与链式反应示意图 [学生活动]答案：裂变；不可再生；A。解析：核电站利用的是可控核裂变反应；铀等核燃料属于不可再生能源（在地球上的储量有限，不可再生）；A图展示的是核裂变（铀核分裂→产生中子→链式反应），B图展示的是核聚变。 [教师活动]这道题考查了三个层次——核电站的反应类型（裂变）、能源分类（不可再生）、图示判断（区分裂变和聚变的示意图）。注意核能虽然不排放二氧化碳，但铀矿是不可再生的，所以核能属于不可再生能源，同学们不要和清洁能源的概念混淆。 [教师活动]练习3：日本发生了里氏9级强烈地震，引发海啸，导致福岛核电站受损，核电站是通过__________（选填“裂变”“聚变”）获得巨大能量，从而转化为__________能，该核电站的核反应堆受损，已经发生核泄漏，造成了严重污染。 [学生活动]答案：裂变；电。解析：福岛核电站与所有商业核电站一样，都是利用核裂变（可控链式反应）获得能量；核电站的最终输出是电能（核能→内能→机械能→电能）。核泄漏释放的放射性物质对环境造成严重污染，这是核能"双刃剑"属性的真实教训。 [教师活动]福岛核事故是核安全的重要案例。这道题在考查核电站基本原理的同时，也提醒我们——核安全是核能利用不可忽视的前提。 [教师活动]练习4：黄龙界头庙风电场矗立着许多如图所示的大风车，它可以将风能转化为电能。风能不仅清洁，而且还是__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。核电站利用核能发电，它的核心是反应堆，核反应堆是通过可控__________（选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放核能的设备。 练习4配图：风电场大风车 [学生活动]答案：可再生；核裂变。解析：风能来源于太阳辐射引起的大气运动，是可再生能源（风不会因为使用而减少）；核反应堆的核心原理是可控核裂变反应。本题将可再生能源（风能）与不可再生能源（核能）放在一起对比考查，帮助同学们区分两种能源类型。 [教师活动]这道题巧妙地将风能和核能对比考查——风能是可再生能源（取之不尽），核能虽然清洁但使用的铀矿不可再生。同学们要能正确区分可再生能源和不可再生能源。同时再次强调核反应堆利用的是核裂变而非核聚变。 [设计意图]四道课堂练习均为PPT原题（第9、10、16、17页），覆盖了核裂变与核聚变的概念判断（练习1）、核电站原理与能源分类（练习2、4）、核能转化与核安全（练习3）。题型以选择和填空为主，难度适中，适合课堂即时检测。 （八）课堂小结（约2分钟） [教师活动]今天这节课我们沿着一条清晰的逻辑主线学习了核能的开发与利用。第一块：核能的基本原理——质能方程E=mc²揭示了质量与能量可以相互转化；核裂变是重核（铀核）分裂释放能量，链式反应是裂变的中子倍增效应（一个中子→2~3个中子→持续分裂），不加控制就是原子弹、加以控制就是核电站；核聚变是轻核（氘、氚）在极高温度下结合释放能量，相比裂变有原料丰富、能量密度高、无污染三大优势。第二块：核能的利用——核电站的核心是反应堆，能量转化链为核能→内能→机械能→电能；反应堆四大组件各司其职（铀棒提供燃料、镉棒控制速度、减速剂减慢中子、冷却水带走热量）。第三块：核安全与"两弹一星"——核能是"双刃剑"，核泄漏和核废料处理是世界性难题；"两弹一星"的成就（1960导弹→1964原子弹→1967氢弹→1970东方红一号）凝聚了邓稼先、于敏等几代科学家的心血，是中华民族自强不息精神的集中体现。 [学生活动]学生回顾总结本节课三大知识板块，整理笔记，完善核裂变与核聚变对比表。 [知识点]知识框架：(1)核能原理：E=mc²→核裂变（重核分裂+链式反应）vs核聚变（轻核结合+极高温度）；(2)核能利用：核反应堆（可控链式反应）→能量转化链（核能→内能→机械能→电能）→四大组件（铀棒/镉棒/减速剂/冷却剂）；(3)核安全与精神：三原则（和平利用/严格管控/防扩散）→核废料分类处理→"两弹一星"成就与民族精神。 四、板书设计 16.3 核能的开发与利用 一、核能基本原理 1. 质能方程：E=mc²（质量与能量可相互转化） 2. 核裂变：重核（铀核）→中子轰击→分裂+中子+能量 链式反应：1个中子→2~3个中子→持续分裂→大量能量 (1)不加控制→原子弹 (2)可控→核电站 1kg铀=2500t优质煤 3. 核聚变：轻核（氘、氚）→极高温度（≈1亿℃）→重核+能量 优势：原料丰富（海水）、能量密度高（裂变4倍以上）、无污染（产物氦） 太阳：天然核聚变反应堆（1570万℃） 二、核能的利用 1. 核电站核心：核反应堆（可控链式反应） 2. 能量转化链：核能→内能→机械能→电能 3. 核反应堆四大组件： 核燃料（铀棒）：发生核裂变 控制棒（镉棒）：吸收中子，控制反应速度 减速剂（石墨/重水）：减慢中子速度 冷却剂（水）：带走热量，产生蒸汽 4. 中国成就：华龙一号（第三代核电）、东方超环EAST（可控核聚变） 三、核安全与"两弹一星" 1. 核安全三原则：和平利用、严格管控、防扩散 核风险：核泄漏（切尔诺贝利、福岛） 2. 核废料处理：低放射→浅层填埋；高放射→深层地质填埋 3. "两弹一星"时间线： 1960导弹→1964原子弹→1967氢弹→1970东方红一号 核心贡献者：邓稼先（原子弹）、于敏（氢弹） 意义：提升国际地位、保障安全、带动科技、凝聚精神 五、教学反思 1. 学生对质能方程E=mc²的理解是否到位？是否能从“质量亏损→能量释放”的角度理解核能，而不是仅仅记住公式？ 2. 核裂变与核聚变的对比教学是否清晰？学生能否从定义、条件、产物、能量密度、应用和优缺点六个维度进行系统比较？ 3. 链式反应的倍增效应（1→2~3→4~9→8~27……）学生能否直观理解？链式反应模拟动画的使用效果如何？ 4. 核反应堆四大组件的协同工作原理——尤其是控制棒（吸收中子）与减速剂（减慢中子速度）的区别——学生是否能清晰区分？ 5. "两弹一星"的教学中，学生是否在掌握时间线和科学家贡献的同时，真正感受到其中蕴含的民族精神和科技报国情怀？课堂气氛和学生的情感投入如何？ 6. 课堂练习的完成情况如何？练习2（裂变vs聚变图示判断）的出错率高不高？是否需要增加针对性练习？ 学科网（北京）股份有限公司 $