PAGE3PAGE19．7核聚變（一）引入新課教師：1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國僅用了兩年零八個月。前蘇聯用了四年，美國用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過輕核的聚變來實現的。這節課我們就來研究聚變的問題.學生：學生認真仔細地聽課演示我國第一顆氫彈爆炸視頻點評：通過介紹我國第一氫彈爆炸，激發同學們的愛國熱情。（二）進行新課1．聚變及其條件提問：請同學們閱讀課本第一段，回答什么叫輕核的聚變？學生仔細閱讀課文學生回答：兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的反應叫做聚變。提問：請同學們再看看比結合能曲線（圖19.5-3），想一想為什么輕核的聚變反應能夠比重核的裂變反應釋放更多的核能？讓學生了解聚變的發展歷史進程。學生思考并分組討論、歸納總結。學生回答：因為較輕的原子核比較重的原子核核子的平均質量更大，聚變成質量較大的原子核能產生更多的質量虧損，所以平均每個核子釋放的能量就更大點評：學生閱讀課本，回答問題，有助于培養學生的自學能力。教師歸納補充：（1）氫的聚變反應：21H+21H→31H+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV（2）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍提問：請同學們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發生的條件？學生閱讀教材，分析思考、歸納總結并分組討論。得出結論微觀上：參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。點評：從宏觀和微觀兩個角度來考慮核聚變的條件，有助于加深理解。教師說強調：聚變反應一旦發生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以維持反應持續進行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。教師補充說明：（1）熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽和很多恒星的內部溫度高達107K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉化為能量的物質是400萬噸。科學家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當然，與人類歷史相比，這個時間很長很長！教師：希望同學們課后查閱資料，了解更多的太陽能有關方面的知識及其應用。（2）上世紀四十年代，人們利用核聚變反應制成了用于戰爭的氫彈，氫彈是利用熱核反應制造的一種在規模殺傷武器，在其中進行的是不可控熱核反應，它的威力是原子彈的十幾倍。提問：氫彈爆炸原理是什么？學生閱讀教材：課本圖19.7-1是氫彈原理圖，它需要用原子炸藥來引爆，以獲得熱核反應所需要的高溫，而這些原子炸藥又要用普通炸藥來點燃。［教師點撥］［錄像］氫彈的構造簡介及其爆炸情況。根據你收集的資料，還能通過什么方法實現核聚變？學生回答：日英開發出激光核聚變新方法、有人提出利用電解重水的方法實現低溫核聚變。點評：學生自學看書，自己歸納總結，有助于培養學生分析問題、解決問題的能力，逐步提高學生的歸納總結能力。2．可控熱核反應（1）聚變與裂變相比有很多優點提問：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學家們正在努力研究和嘗試可控熱核反應，以使核聚變造福于人類。我國在這方面的研究和實驗也處于世界領先水平。請同學們自學教材，了解聚變與裂變相比有哪些優點？例：一個氘核和一個氚核發生聚變，其核反應方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的質量：mD=2.014102u、氚核的質量：mT=3.016050u、氦核的質量：mα=4.002603u、中子的質量：mn=1.008665u、1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19C，請同學們求出該核反應所釋放出來的能量。學生計算：根據質能方程，釋放出的能量為：教師點拔：平均每個核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時平均每個核子釋放的能量約為1MeV。總結：聚變與裂變相比，這是優點之一，即輕核聚變產能效率高。教師點拔：常見的聚變反應：21H+21H→31H+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV。在這兩個反應中，前一反應的材料是氘，后一反應的材料是氘和氚，而氚又是前一反應的產物，所以氘是實現這兩個反應的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個意義上講，輕核聚變是能源危機的終結者。總結：聚變與裂變相比，這是優點之二，即地球上聚變燃料的儲量豐富。如1L海水中大約有0.03g氘，如果發生聚變，放出的能量相當于燃燒300L汽油。聚變與裂變相比，優點之三，是輕核聚變反應更為安全、清潔。實現核聚變需要高溫，一旦出現故障，高溫不能維持，反應就自動終止了。另外，氘和氚聚就反應中產生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質子與其他物質反應而生成的放射性物質，比裂就所生成的廢物的數量少，容易處理。（2）我國在可控熱核反應方面的研究和實驗發展情況。EAST全超導托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標，這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設計制造的EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進入抽真空降溫試驗階段。我國的科學家就率先建成了世界上第一個全超導核聚變“人造太陽”實驗裝置，模擬太陽產生能量。點評：通過了解我國在可控熱核反應方面的成就，激發學生的愛國熱情和獻身科學的能力。（三）課堂小結本節主要研究了聚變核反應的特點和條件，聚變反應要比裂變反應釋放更多的能量，但它發生的條件是要達到幾百萬度的高溫，因而聚變反應也叫熱核反應.可控熱核反應的研究和實驗將為人類和平利用核能開發新的途徑。（四）作業：完成課后練習通過前面的學習，學生已對核反應、核裂變、核能已有一定的了解。在此基礎上，通過教師合理誘導，按照遷移規律科學地設計問題情境，促進學生探究，獲得新知。盡管學生的知識儲備不足，猜想可能缺乏科學性，表達也許欠妥。但只要始終參與到學習情境中，五官體驗激活思維，大膽猜想，敢于表達，就都能獲得發展和提高。學生進一步認識導科學技術的重要性，更加熱愛科學、勇于獻身科學。核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰爭目的將給人類帶來災難，希望同學們努力學習，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。課堂教學效果是教師進行課堂教學的落腳點，一切教學手段的運用和教學方法的選擇最終的目的是課堂教學效果的最大化。學生是課堂的主體，通過學生表情的變化、思維的速度，回答問題、練習、測試、動手操作的準確性等信息反饋，可獲知教學信息的傳輸是否暢通，亦可看出新知識新技能的掌握情況。本節課在教師的引導幫助下，全體學生的潛力得到很大限度的挖掘，智力好的學生吃得飽，中等水平的學生吸收得好，差的學生消化得了，學生人人學有所得。課堂教學中充分體現師生平等、教學民主的思想，師生信息交流暢通，情感交流融洽，合作和諧，配合默契，教與學的氣氛達到最優化，課堂教學效果達到最大化。教師教得輕松，學生學得愉快。本節主要講授聚變反應的特點及其條件；了解可控熱核反應及其研究和發展；知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。1．把兩個質量較________的原子核結合成質量較________的原子核的過程叫_______________，由于這種反應需要在幾百萬度的高溫下進行，所以也叫_________________。2．輕核聚變與重核裂變相比有更多的優點，第一，輕核聚變產能效率較________；第二，地球上核聚變燃料的儲量______________；第三，核聚變更____________、更清潔。科學家設想的受控熱核反應有兩種方案：即______________和_______________。3．下列核反應中屬于輕核聚變的是()A．H＋H→He＋nB．Th→Pa+eC．Be+He→C+nD．U→Th+H4．關于輕核聚變，下列說法正確的是()A．兩個輕核聚變為中等質量的原子核時釋放出能量B．同樣質量的物體發生聚變時放出的能量比同樣質量的物質裂變時釋放的能量大很多C．聚變反應的條件是聚變物質的體積達到臨界體積D．發生聚變反應時的原子核必須有足夠大的動能5．關于我國已建成生產的秦山和大亞灣核電站，下列說法正確的是()A．它們都是利用核聚變釋放核能B．它們都是利用核裂變釋放核能C．兩者的核燃料都是純鈾235D．前者是利用核聚變釋放核能，后者是利用核裂變釋放核能6．一個質子和兩個中子聚變成一個氚核，已知質子質量為1.0073u，中子質量為1.0087u，氚核質量為3.0180u，（1）寫出核反應方程；（2）求該反應中釋放的核能。來源:學.科.網]7．太陽內部持續不斷地發生著四個質子聚變為一個氦核的熱核反應，這個核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源。(1)寫出這個核反應方程；(2)這一核反應能釋放多少能量？(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質量為多少千克？(mp＝1.0073u，mα＝4.0015u，me＝0.00055u)[來源:Z*xx*k.Com]8.氘核和氚核發生聚變，放出一個中子和17.6MeV的能量.計算2克氘和3克氚聚變放出的能量，并寫出核反應方程.[來源:學&科&網Z&X&X&K]參考答案:1、小，大，輕核聚變，熱核反應2、高，豐富，安全，磁約束，慣性約束，3、A4、BD5、B6、（1）H＋2n→H（2）6.24MeV7、解析：(1)核反應方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e(2)這一核反應的質量虧損是Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266u，ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV＝24.78MeV(3)由ΔE＝Δmc2得每秒太陽質量減少Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,(3.0×108)2)kg＝4.2×109kg。答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e(2)24.78MeV(3)4.2×109kg8、核反應方程：釋放的能量：△E=NE0=6.02×1023×17.6MeV=1.06×1025MeV本節課雖然教學要求不高，但卻是開展中學科技教育活動的生動內容。然而課本的編寫，卻限于篇幅等因素的影響，存在正如愛因斯坦所說的問題：“科學結論幾乎是以完成的形式出現在讀者面前，讀者學生體驗不到探索和發現的喜悅，感覺不到思想形