核能与核技术（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

7.2 核能与核技术 主题七 核能及其应用 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 学习目标 1．能说明重核裂变、质量亏损、核能、链式反应和临界体积，能核对典型裂变与聚变方程的质量数和电荷数。 2．能说明核反应堆控制棒的调节原理，按能量传递顺序描述压水堆核电站工作流程并解释安全壳作用。 3．能比较裂变与聚变的对象、条件和控制方法，从资源、环境、安全和工程成熟度评价核技术，认同科学家精神与安全责任。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 华龙一号穹顶为什么这样设计 教材情境：2017年5月25日，“华龙一号”全球首堆示范工程完成穹顶吊装。 问题：核电站为什么安装圆球形或蛋形穹顶？核能从哪里来，又怎样做到平稳释放和安全利用？ 答案：穹顶是安全壳的一部分，要兼顾内部空间、承压、防撞击和防止放射性物质外泄。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 核力与核反应 教师补充：核子之间存在很强的相互作用，可概括为核力。 核结构发生变化时，原子核的质量与能量也会随之变化。 教材史实：费米发现，用慢中子轰击靶物质更容易引起核反应；哈恩和斯特拉斯曼等发现铀核受中子轰击后会发生分裂。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 重核裂变 教材定义：重原子核分裂成两个或多个中等质量原子核，称为重核裂变。 简称裂变。 典型反应：铀-235吸收一个中子后，裂变成钡-141和氪-92，同时放出3个中子。 + → + +3 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 质量亏损与核能 教材定义：核反应后的生成物总质量比反应前的反应物总质量减少，这种现象称为质量亏损。核反应中放出的能量称为核能。 1 kg铀全部裂变释放的核能，约相当于2500 t优质煤完全燃烧释放的化学能。 E = m c 2 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 即时练习 1. 铀裂变方程左右两侧的质量数和电荷数是否分别相等？ 解析：核反应方程要同时满足质量数守恒和电荷数守恒，不能只核对其中一项。 答案：236 = 141 + 92 + 3；92 = 56 + 36。两项分别相等。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 即时练习 2. 为什么重核裂变出现质量亏损时会释放核能？ 答案：质量与能量由质能方程联系；反应后的质量减少，所对应的能量以核能形式释放。 解析：质量亏损不是物质凭空消失，而是核反应体系的静质量减少并伴随能量释放。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 链式反应 铀核裂变放出的中子继续引起其他铀核裂变，使裂变不断进行并释放越来越多能量，这就是链式反应。 能否持续不仅取决于一次裂变能放出中子，还取决于足够多的中子能继续引发新的裂变。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 临界体积与可控释放 教材定义：能够产生链式反应的铀块的最小体积称为临界体积。 体积过小时，中子可能在碰到其他铀核前逸出，链式反应无法持续。 超过临界体积且反应速率不可控时，能量会在极短时间内剧烈释放；核反应堆则人工控制链式反应，使核能平缓释放。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 核反应堆怎样调节反应 教材结论：核反应堆人工控制链式反应，使核能比较平缓地释放。 核燃料：铀棒。 减速剂：石墨、重水或轻水等，用于降低中子速度。 控制棒：用易吸收中子的材料制成；插入越深，吸收中子越多，反应速率越慢。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 即时练习 4. 反应堆功率偏高时，应怎样调节控制棒？为什么？ 答案：把控制棒插入得更深，使其吸收更多中子，减少继续引发裂变的中子数，从而降低反应速率。 解析：控制棒通过改变参与后续裂变的中子数调节链式反应，不是直接冷却核燃料。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 压水反应堆怎样发电 一回路水吸收核燃料裂变释放的热量，在热交换器中把热量传给二回路水。 二回路产生蒸汽，推动蒸汽轮机并带动发电机发电。两个回路隔离传热，有利于安全控制。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 安全壳与核电优势 安全壳：兼具防撞击、承压和防止放射性物质外泄的作用；穹顶是安全壳的一部分。 核电燃料消耗少：百万千瓦级核电站每年约消耗30 t浓缩铀，同功率火电站约消耗250万t煤。 核电还具有单机容量大、运行稳定、利用小时数高等特点。 教师归纳：核电技术的核心是“可控释放、隔离传热、多重防护”。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 技术·中国：自主三代核电 我国自主研制“华龙一号”和“国和一号”第三代核电机组，在提高功率的同时加强安全设计，体现核电技术自主创新。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 轻核聚变 教材定义：某些轻核结合成质量较大的核并释放能量的反应称为轻核聚变，简称聚变。 一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子。 + → + SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 聚变为什么需要极高温度 轻核都带正电，要克服电磁斥力并接近到足够小的距离，物质通常要达到一千万摄氏度以上的高温，因此聚变又称热核反应。 太阳内部的热核反应持续进行，每秒辐射能量约 3.8 × 10 26 J SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 受控核聚变 教材定义：设法控制核聚变反应的速度，使能量缓慢释放，称为受控核聚变。 受控聚变需要约一亿摄氏度以上的高温，普通容器无法承受，需用强磁场约束高温等离子体或用强激光加热。 聚变燃料氘可从海水中提取，资源丰富，环境前景好；但点火和稳定约束条件苛刻。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 技术·中国：受控聚变进展 我国“中国环流三号”和全超导托卡马克EAST不断刷新磁约束聚变运行纪录，推动受控聚变从实验研究走向工程应用。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 科学家精神与量子技术 “两弹一星”元勋体现国家利益至上和无私奉献的科学家精神。 量子力学支撑量子通信、量子计算等现代技术。 我国代表性成果有“墨子号”“九章”和“祖冲之号”。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 即时练习 5. 从反应对象和发生条件比较重核裂变与轻核聚变。 答案：裂变是重核分裂成中等质量核，可由中子轰击引发；聚变是轻核结合成较大质量核，需要极高温度使轻核克服电磁斥力。 解析：两类反应都能释放核能，但参与反应的原子核、触发条件和控制难点不同。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 即时练习 6. 为什么受控聚变不能用普通容器盛装高温等离子体？怎样解决？ 答案：约一亿摄氏度会破坏普通容器；可用强磁场约束等离子体，使其脱离器壁。 解析：受控聚变既要达到极高温度，也要稳定约束高温等离子体。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂背诵 1. 提问：什么是重核裂变？ 答案：重原子核分裂成两个或多个中等质量原子核的过程，称为重核裂变，简称裂变。 2．填空：核反应后生成物总质量比反应物总质量减少的现象称为______；核反应中放出的能量称为______。 答案：质量亏损；核能。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂背诵 3. 提问：什么是链式反应和临界体积？ 答案：裂变中子继续引起其他铀核裂变，使反应不断进行，称为链式反应；能够产生链式反应的铀块最小体积称为临界体积。 4. 提问：核反应堆怎样利用控制棒调节裂变反应快慢？ 答案：控制棒插入越深，吸收中子越多，反应速率越慢；反之则加快。 5. 提问：什么是轻核聚变和受控核聚变？ 答案：轻核结合成较大质量核并释放能量称为轻核聚变；控制反应速度使能量缓慢释放称为受控核聚变。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 师生互动：方程核对 任务一：核对铀-235裂变方程和氘氚聚变方程两侧的质量数与电荷数。 答案：两项均守恒。 教师归纳：质量数守恒与电荷数守恒是核对核反应方程的两条独立门槛。 裂变：236 = 141 + 92 + 3；92 = 56 + 36 聚变：2 + 3 = 4 + 1；1 + 1 = 2 + 0 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 师生互动：流程与安全 任务二：按给定流程说明核电站能量传递，并解释穹顶作用。 答案：一回路吸收裂变热量，经热交换器传给二回路；蒸汽驱动轮机和发电机。穹顶用于承压、防撞击和防止放射性物质外泄。 教师归纳：核电站既要完成能量转换，也要通过回路隔离和安全壳实现多重防护。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 师生互动：技术评价 任务三：比较核电与火电，并评价受控核聚变的前景和难点。 答案：核电燃料少、容量大、运行稳定，但须严格控制反应和放射性风险；聚变燃料丰富、环境前景好，但高温等离子体难以产生并稳定约束。 教师归纳：评价核技术要兼顾资源、环境、安全、可控性与工程成熟度。 SZ-LWH [Sources] - 高教版第三版《物理（通用类）》教材第213—222页（Word实际页231—237）与第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 1．填空：核反应出现质量亏损时，质量与能量的联系可用质能方程______表示；核反应释放的能量称为______。 解析：质量亏损对应能量释放，极大的光速平方使微小质量变化对应巨大能量。 答案： E = m c ；核能。 2 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 2. 下列过程属于重核裂变的是（　　）。 A．两个氘核结合 B．铀核受中子轰击后分裂 C．电子从原子中飞出 D．物体燃烧放热 答案：B。 解析：铀核受中子轰击后分裂，符合重核裂变定义。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 3. 核反应堆功率偏高时，合理的调节是（　　）。 A．拔出控制棒，减少吸收中子 B．插深控制棒，增加吸收中子 C．移去减速剂，加快中子 D．打开安全壳释放压力 答案：B。 解析：控制棒插入越深，吸收中子越多，参与后续裂变的中子越少，反应速率下降。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 4．百万千瓦级核电站每年约消耗30 t浓缩铀，同功率火电站约消耗250万t煤。这组数据主要说明核电具有什么特点？还应关注什么安全问题？ 答案：说明核燃料能量密度高、燃料消耗少；同时必须控制链式反应，防止放射性物质外泄，并妥善处理相关安全问题。 解析：评价能源技术既要依据资源和效率数据，也要考虑安全与环境责任。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 5. 为什么轻核聚变需要极高温？受控核聚变为何常采用磁约束？ 答案：轻核都带正电，极高温使部分轻核获得足够动能以克服电磁斥力；磁约束可使高温等离子体悬浮并脱离器壁。 解析：极高温解决碰撞条件，稳定约束保证反应持续，两者缺一不可。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂练习 6．某同学认为，裂变和聚变都能释放核能，所以二者的反应对象、发生条件和控制方法完全相同。请评价并说明理由。 答案：错误。裂变是重核分裂，可由中子轰击引发，并以控制棒调节反应速率；聚变是轻核结合，需要极高温和高温等离子体约束。 解析：共同点是释放核能，不能由此推出反应对象、条件和控制方法相同。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 课堂小结 裂变与核能 重核裂变会出现质量亏损，所对应的能量以核能形式释放。 链式反应 达到临界体积后可能持续；核反应堆用减速剂和控制棒实现可控释放。 核电利用 压水堆通过双回路隔离传热，安全壳承担承压、防撞击和防泄漏作用。 聚变前景 聚变燃料丰富、环境前景好；主要难点是产生并稳定约束高温等离子体。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 SZ-LWH [Sources] - 第45课时定稿教案 - 视觉模板：第一课时示例PPTX；版式与动画合同：第15/16课时 $