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初中物理教案

三、核能

（一）教學(xué)目的

1．常識性了解原子和原子核的組成。

2．常識性了解裂變、鏈式反應(yīng)、聚變的大致情況和原子彈、氫彈的制造原理，以及核反應(yīng)堆的作用。

3．常識性了解研究可控核聚變的重大意義。啟發(fā)學(xué)生想象人類開發(fā)利用核能的美好前景，激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的熱情。

（二）教具

原子和原子核的掛圖，鏈式反應(yīng)的掛圖（能用幻燈顯示原子、原子核的結(jié)構(gòu)和鏈式反應(yīng)的情況更好）。

（三）教學(xué)過程

1．引入

板書：核能

指出核能是一種先進的、可以替代常規(guī)能源的新能源。目前世界上利用核能發(fā)電的核電站已有400多個。其年發(fā)電量約占全球年發(fā)電總量的17%，到下世紀，核能有時能成為一些國家的主要能源。

要了解核能是怎么回事，就需要從物質(zhì)結(jié)構(gòu)——原子和原子核的組成說起。

2．新課

板書：原子和原子核的組成

提問：請根據(jù)化學(xué)課中講過的內(nèi)容，說說原子和原子核的組成情況？

教師展示原子和原子核的掛圖，歸納小結(jié)學(xué)生的回答，要求學(xué)生明確：任何物質(zhì)的原子都是由位于原子中心區(qū)域帶正電的原子核和帶負電的核外電子組成的；原子核又是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）組成的。

板書：

講述：本世紀初，科學(xué)家們通過實驗和理論研究對原子和有子核的組成有了正確的認識，發(fā)現(xiàn)原子核是可以改變的，而且在改變過程中可以釋放出巨大的能量——原子核能，簡稱核能，通常也叫原子能（確切地說，原子能應(yīng)是原子核能的縮寫代名詞）。那么，怎樣才能有效地獲得蘊藏在原子核里的大量核能呢？

旁注：在原子中，原子核和核外電子之間有廣闊的空間，而在原子核中，質(zhì)子和中子則是緊密地結(jié)合在一起的。此注供教師參考。

板書：裂變

指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材上講裂變那一段課文。提出其注意：

(1)裂變指的是什么現(xiàn)象；

（觀察教材上鈾核裂變的示意圖，結(jié)合閱讀課文中的講述，了解鈾核裂變釋放出核能，轉(zhuǎn)化為周圍物體的內(nèi)能是怎么回事；

了解裂變釋放出的核能十分巨大。

提問：什么叫裂變？

l千克鈾中的鈾核如果全部發(fā)生裂變，釋放出的能量大約是1千克標準煤完全燃燒所放出能量的多少倍？

旁注：檢查學(xué)生閱讀教材的效果。

教師小結(jié)并強調(diào)：用中子轟擊鈾235，鈾核（質(zhì)量大的核）會分裂成兩部分（兩個中等質(zhì)量的核），這種現(xiàn)象叫做核裂變，簡稱裂變。根據(jù)書上提供的數(shù)據(jù)很容易算出，1千克鈾中的鈾核如果全部發(fā)生裂變，釋放出的能量大約是1千克標準煤完全燃燒所放出能量的2.5×106(250萬)倍。由此可知，裂變是獲得大量核能的重要途徑。

板書：鏈式反應(yīng)

教師展示鏈式反應(yīng)掛圖并講述：

用中子轟擊鈾核，才能使鈾核發(fā)生裂變，放出能量。如果外界的中子停止轟擊，裂變也就停止。然而實驗表明，鈾核分裂時，還同時放出2～3個中子，這一點的意義特別重要。因為放出的中子，又可以轟擊其它鈾核，使它們也發(fā)生裂變。這些鈾核分裂時，同樣放出中子，從而引起更多的鈾核發(fā)生裂變。于是裂變反應(yīng)便會鏈鎖式地自行持續(xù)下去。這種現(xiàn)象叫做鏈式反應(yīng)。

如果對裂變的鏈式反應(yīng)不加控制，在極短時間（約百萬分之幾秒）會釋放出大量核能，發(fā)生猛烈爆炸，原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。

讓學(xué)生看教材上我國第一顆原子彈爆炸后引起蘑菇狀煙云的示意圖（說明：原子彈爆炸時，立刻發(fā)出強烈的閃光，可照亮100千米以內(nèi)的天空和地面，閃光后，天空出現(xiàn)一個火球，并迅速上升?；鹎蚶鋮s后變成褐色煙云，同時地面上升起的塵土和煙柱一起形成可上升到15千米高空的蘑菇狀煙云。原子彈爆炸時還發(fā)出極其強烈的爆炸聲，幾十千米以外也可聽到）。

講述：為便于和平利用核能，必須控制鏈式反應(yīng)的速度，使核能緩慢而又平穩(wěn)地釋放出來。為此，人們制成了一種專門裝置。

板書：核反應(yīng)堆——能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能的裝置。

讓學(xué)生看教材上我國第一座核反應(yīng)堆外貌圖（彩圖，說明：建造核反應(yīng)堆，對材料、技術(shù)、安全防護設(shè)施等都有很高、很嚴的要求。不但需要解決很多核物理問題，也要求材料科學(xué)、電子學(xué)、自動控制學(xué)等解決許多困難問題。能自行設(shè)計、制造核反應(yīng)堆，表明我國在這一高科技領(lǐng)域取得了重大成就，為和平利用核能創(chuàng)造了必要的條件）。

板書：聚變——獲得大量核能的另一重要途徑

講述：科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，某些質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核時，也能釋放出核能，這種現(xiàn)象叫做核聚變，簡稱聚變。

讓學(xué)生看教材上一個氘（dao）核和一個氚（chuan）核結(jié)合成一個氦核的聚變反應(yīng)示意圖（說明：一個氘核由一個質(zhì)子和一個中子組成，一個氚核由一個質(zhì)子和二個中子組成，它們發(fā)生聚變反應(yīng)結(jié)合成由二個質(zhì)子和二個中子組成的氦核時，要放出一個中子，并釋放出核能）．

氘核和氚核聚變時放出的能量要比等量的鈾核裂變時放出的能量大幾倍．

聚變需要在幾百萬攝氏度的高溫下才能發(fā)生，因此聚變又叫熱核反應(yīng)．

自然界中，太陽內(nèi)部的溫度高達攝氏1千萬度以上，在那里就進行著大規(guī)模的聚變反應(yīng)．太陽輻射出的光和熱，正是由聚變反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)化而來的．可以說，地球上的人類每天都享用著聚變釋放出的能量．

前面講過，原子彈是利用重核裂變現(xiàn)象制成的．而另一種威力更大的核武器——氫彈，則是利用輕核聚變現(xiàn)象制成的．

人們現(xiàn)在還不能有效地使聚變在人工控制下進行，從而和平利用聚變釋放的核能．由于聚變不但放出的能量更多，而且所使用的原料來源也極為豐富，可以從海水中提?。?，從幾升海水中提出的氘在發(fā)生聚變后可以提供相當(dāng)于燃燒1千多升石油放出的能量．因此，目前世界上許多國家都在積極研究核聚變的人工控制（通常又叫可控或受控?zé)岷朔磻?yīng)）這一非常吸引人的重大課題，并取得了進展．（注：值得一提的是，1991年，歐洲的科學(xué)家們首次做成了可控核聚變實驗，這是科學(xué)史上一件大事，它標志著人類向獲得理想的能源邁出了重要的一步．但要達到實用階段，還需要攻克許多技術(shù)難題，未來的任務(wù)仍然相當(dāng)艱巨．）

旁注：利用原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫，可以引發(fā)輕核的聚變反應(yīng)．

我國自行設(shè)計的大型可控核聚變實驗

裝置“中國環(huán)流一號”，已于80年代中期在四川省樂山市建成投入使用．近年來，科研人員利用這個實驗裝置取得了多項研究成果．主席看了“中國環(huán)流一號”后，曾經(jīng)指出：“受控核聚變是開發(fā)人類新能源的尖端項目．一旦實現(xiàn)，地球上的全部海水就會成為巨大的能源庫，至少可供人類使用上百億年．盡管目前工程技術(shù)上還有一些困難，但我相信總有一天會突破．”

由以上的介紹可知，人類和平利用核能的前景是美好的．在可控核聚變的研究中，我國必將做出自己的貢獻．

3．總結(jié)與布置作業(yè)

講述：這節(jié)課初步介紹了：

(1)原子和原子核的組成．

(2)原子核里蘊藏著巨大的能量——核能．獲得核能的途徑，一是裂變，二是聚變．

(3)什么是鏈式反應(yīng)，什么是核反應(yīng)堆，什么是原子彈、氫彈等．

(4)我國和世界上許多國家都在積極研究開發(fā)利用核能，并取得了可喜的進展．

這些內(nèi)容是每個現(xiàn)代社會公民應(yīng)具有的常識，它對于我們了解物理知識在開發(fā)、利用新能源和國防現(xiàn)代化建設(shè)以及發(fā)展高科技中的作用，都有重要意義．課后，同學(xué)們要認真再讀讀本節(jié)課文，思考以下問題．

板書：裂變和鏈式反應(yīng)是怎么回事？

核反應(yīng)堆的作用是什么？

什么叫聚變？為什么說研究可控核聚變是一個非常吸引人的重大課題？

（四）設(shè)想、體會

1．本教案是按照九年義務(wù)教育初中物理教學(xué)大綱的要求，以人教社出版的九年義務(wù)教育教材初中物理第二冊第十五章“核能”一節(jié)為依據(jù)，并參考其它版本初中物理教材的有關(guān)內(nèi)容編寫的．

2．在教案中，著力通過介紹核能的常識使學(xué)生了解物理知識在社會主義現(xiàn)代比建設(shè)和發(fā)展高科技中的作用，以利于激發(fā)學(xué)生逐步形成早期的科技覺醒意識．

3．力求講述的內(nèi)容簡明、扼要，便于學(xué)生抓住重點，如對核裂變時釋放出核能轉(zhuǎn)化為周圍物體的內(nèi)能問題．只讓學(xué)生通過閱讀教材大致有所了解，而對“裂變后的產(chǎn)物以很大速度向相反方向飛開，與周圍的物體分子碰撞，使分子動能增加”則不做深究．又如對“用中子轟擊鈾核，鈾核才能發(fā)生裂變，放出能量”的問題，也只作為物理事實告訴學(xué)生，而不再做更多的解釋．

4．這節(jié)課的教學(xué)方法以教師邊講、邊展示教具為主，同時穿插了指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材和提問等．這樣做既符合教學(xué)內(nèi)容的要求，又有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和培養(yǎng)自學(xué)能力．

5．經(jīng)驗證明，初中學(xué)生很希望了解有關(guān)核能的常識，按本教案的設(shè)計進行核能一節(jié)的教學(xué)，不難達到教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)要求．