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

该初中物理导学案聚焦“核能的开发与利用”，引导学生掌握核裂变与核聚变的定义、条件及产物，理解链式反应原理与核电站能量转化链，了解核安全与“两弹一星”成就。通过K-W-L表格连接原子结构、能源分类等已有知识，以问题链搭建新旧知识桥梁。 特色在于设计对比归纳表与链式反应计算培养科学思维，结合“两弹一星”渗透科学态度与责任，解题脚手架（三步分析法）助力能量观念构建，实现知识梳理、探究实践与价值引领的统一，提升学生科学探究能力。

16.3 核能的开发与利用（学案） 班级：________ 姓名：________ 日期：________ 小组：________ 一、学习目标 1. 知道核裂变和核聚变的定义，能区分核裂变与核聚变的条件、产物和特点。 2. 理解链式反应的原理，知道链式反应的两种结果——不加控制（原子弹）和可控（核电站）。 3. 了解核电站的能量转化链（核能→内能→机械能→电能），知道核反应堆的四大组件及其功能。 4. 树立"和平利用核能、关注核安全"的意识，了解"两弹一星"的成就与意义。 二、课前预习 K：我已知道（Known） W：我想知道（Want） （1）原子核内部有________和________。 （2）核能是一种________（填"可再生"或"不可再生"）能源。 （3）我听过/知道的核电站有：________________ （4）核能是怎么产生的？________________ （5）原子弹和核电站的区别是什么？________________ （6）核废料怎么处理？________________ L：我学到了（Learned）——课后填写 三、知识预习 知识点一：核能 1. 质能方程：E=________。其中E表示________，m表示________，c表示________________。 2. 质能方程的物理意义：________与________之间可以相互转化。 知识点二：核裂变 3. 核裂变：________核（如铀核）被________轰击，分裂为两个中等质量的核，同时放出________和________。 4. 链式反应：一个中子轰击铀核→放出________个中子→这些中子再轰击其他铀核→持续________并释放________能量。 5. 链式反应的两种结果：(1)不加控制→________________；(2)可控→________________。 6. 1 kg铀全部裂变释放的能量相当于________t优质煤完全燃烧所放出的能量。 知识点三：核聚变 7. 核聚变：________核（如氢的同位素________和________）在极高温度（约________℃）下结合成________核，同时释放能量。 8. 核聚变的三大优势：(1)原料________（海水中含大量氘）；(2)能量密度________（是核裂变的________倍以上）；(3)无________（产物是________，无放射性）。 9. 太阳内部温度高达________℃，氢核持续发生核________，释放的能量以________和________的形式传播到地球。 知识点四：核能的利用——核电站 10. 核电站的核心设备是________________，其原理是________________。 11. 核电站的能量转化链：________→________→________→________。 12. 核反应堆四大组件及功能（填写下表）： 组件名称 材料 功能 核燃料 ________ 发生核________，释放能量 控制棒 ________ ________中子，控制链式反应速度 减速剂 ________ / ________ ________中子速度，使其更容易撞击铀核 冷却剂 ________ ________热量，产生________驱动汽轮机 能量转化链填空 请在下图中完成核电站的能量转化链（在方框中填写能量形式）： 核裂变释放能量→[ ]→[ ]→[ ]→电能输出 对应过程： 加热________产生蒸汽→蒸汽驱动________旋转→________带动发电机 知识点五：中国核电成就与探索 13. ______________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。 14. ______________（EAST）是我国可控核聚变研究装置，实现了1.2亿℃持续________秒的突破。 知识点六：核安全 15. 核安全三原则：________________、________________、________________。 16. 核风险：核________（如________事故、________事故）会释放放射性物质，危害环境与健康。 17. 核废料分类及处理方式：(1)中低放射性废料→________后________填埋；(2)高放射性废料→________→________→深层________填埋（需隔离数万年）。 知识点七："两弹一星" 18. "两弹一星"成就时间线：________年→第一枚自主研制导弹发射成功→________年→第一颗________爆炸成功→________年→第一颗________空爆试验成功→________年→第一颗人造地球卫星"________________"发射成功。 19. 核心贡献者：________——原子弹理论设计的核心人物；________——氢弹原理突破的关键科学家。 20. "两弹一星"的意义：________________、________________、________________、________________。 四、课堂探究 探究一：核裂变与核聚变对比归纳 21. 完成以下对比归纳表： 对比项目 核裂变 核聚变 定义 ________核分裂为________等质量的核 ________核结合成________核 条件 ________轰击铀核 极高________（≈1亿℃） 能量密度 1kg铀=2500t煤 是核裂变的________倍以上 产物 中等质量核+________+能量 ________（无放射性） 应用 可控：________；不可控：________ 不可控：________；可控：正在探索（如________） 是否可控利用 ________（可/不可） 目前________（可/不可），正在研究 典型例子 核电站、________ ________内部核反应、________弹 探究二：链式反应中子倍增效应计算 22. 假设每个铀核裂变释放2个中子，且每个中子都能引发一个新裂变。填写下表： 裂变"代"数 裂变次数 第1代 1次裂变 第2代 ________次裂变 第3代 ________次裂变 第5代 ________次裂变 第10代 ________次裂变 23. 根据上表，链式反应的特点可以概括为：裂变规模以________级增长，在极短时间内释放________能量。为了控制链式反应，需要用________（填组件名称）来________多余的中子。 五、课堂练习 练习1 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 你的答案：________ 判断依据：________________________________ 练习2 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。 你的答案：(1)________ (2)________ (3)________ 判断依据：________________________________ 练习3 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。 你的答案：(1)________ (2)________ 练习4 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。 你的答案：(1)________ (2)________ 判断依据：________________________________ 六、解题脚手架——核能相关判断题三步分析法 第一步（看反应类型）：判断考查的是核裂变还是核聚变？裂变=重核分裂+中子轰击；聚变=轻核结合+极高温度。 第二步（看控制方式）：链式反应是否可控？可控=核电站（用控制棒吸收中子）；不可控=原子弹/氢弹。 第三步（看能源分类）：核能属于不可再生能源（铀矿有限），但核能发电过程本身不排放CO₂，属于清洁能源。注意区分“清洁”和“可再生”两个概念。 第四步（看实例匹配）：核电站=裂变；太阳内部=聚变；氢弹=聚变；原子弹=裂变。遇到具体例子直接匹配反应类型。 七、课堂小结与自我评价 本节课我学到了最重要的三个知识点： （1）________________________________________________ （2）________________________________________________ （3）________________________________________________ 我还不太理解的地方：________________________________________________ 自我评价（在对应描述前打√）： □ 我能区分核裂变和核聚变 □ 我能解释链式反应的原理 □ 我能写出核电站的能量转化链 □ 我能说出核反应堆四大组件的名称和功能 □ 我能复述"两弹一星"的成就时间线和意义 参考答案 二、课前预习 （1）质子、中子 （2）不可再生 （3）（学生结合实际填写，如：大亚湾核电站、秦山核电站等） （4）核能是原子核在发生裂变或聚变时，因质量亏损按质能方程E=mc²转化而来的能量。 （5）原子弹是不加控制的链式反应（瞬间释放能量），核电站是可控链式反应（缓慢释放能量，用于发电）。 （6）低放射性核废料密封后浅层填埋；高放射性核废料冷却→固化→深层地质填埋（需隔离数万年）。 三、知识预习 1. mc²、能量、质量、光在真空中的传播速度 2. 质量、能量 3. 重、中子、中子、能量 4. 2~3、分裂、大量 5. 原子弹、核电站 6. 2500 7. 轻、氘、氚、1亿、重 8. 丰富、高、4、污染、氦 9. 1570万、聚变、光、热 10. 核反应堆、可控链式反应 11. 核能、内能、机械能、电能 12. 核燃料：铀棒、裂变；控制棒：镉棒、吸收；减速剂：石墨、重水、减慢；冷却剂：水、带走、蒸汽 能量转化链填空：核能→内能→机械能→电能；对应过程：水、汽轮机、汽轮机 13. 华龙一号 14. 东方超环、101 15. 和平利用、严格管控、防扩散 16. 泄漏、切尔诺贝利、福岛 17. 密封、浅层、冷却、固化、地质 18. 1960、1964、原子弹、1967、氢弹、1970、东方红一号 19. 邓稼先、于敏 20. 提升国际地位、保障国家安全、带动科技发展、凝聚民族精神 四、课堂探究 21. 核裂变vs核聚变对比表 定义：重核→分裂→中等质量核 vs 轻核→结合→重核 条件：中子轰击 vs 极高温度（≈1亿℃） 能量密度：1kg铀=2500t煤 vs 是裂变的4倍以上 产物：中子+能量 vs 氦（无放射性） 应用：可控→核电站，不可控→原子弹 vs 不可控→氢弹，可控→正在探索（东方超环EAST） 是否可控利用：可 vs 目前不可，正在研究 典型例子：核电站、原子弹 vs 太阳内部核反应、氢弹 22. 链式反应计算表 第2代：2次裂变；第3代：4次裂变；第5代：16次裂变；第10代：512次裂变 （注：假设每次裂变放出2个中子且全部参与下一轮裂变，则第n代裂变次数=2^(n-1)） 23. 指数、巨大、控制棒（镉棒）、吸收 五、课堂练习 练习1：C 解析：A错误——核电站即通过核反应堆有效控制核裂变；B错误——太阳内部持续发生天然核聚变；C正确——人类获得核能的两条途径是核裂变和核聚变；D错误——核聚变需要极高温度（≈1亿℃）和极大压力。 练习2：裂变、不可再生、A 解析：核电站利用可控核裂变；铀矿不可再生；A图展示核裂变（铀核分裂），B图展示核聚变。 练习3：裂变、电 解析：福岛核电站与所有商业核电站一样利用核裂变；核电站最终输出电能（核能→内能→机械能→电能）。 练习4：可再生、核裂变 解析：风能来源于太阳辐射驱动大气运动，是可再生能源；核反应堆通过可控核裂变释放核能发电。 学科网（北京）股份有限公司 $