“裂变”教学设计。

作为老师的任务写教案课件是少不了的，是认真规划好自己教案课件的时候了。只有规划好了教案课件新的工作计划，新的工作才会如鱼得水！你们清楚有哪些教案课件范文呢？以下是小编为大家收集的““裂变”教学设计”供大家借鉴和使用，希望大家分享！

“裂变”--

浙江宁波市勤州区教研室何丰明

教材全日制普通高级中学教科书《物理》第三册（必修加选修）第二十二章第六节。

教学时间一课时。

教学目标三个维度的教学目标具体为：

1．知识与技能

了解释放核能的核反应过程；认识什么样的核反应是裂变；了解铀核裂变的规律；粗略了解核电站的工作。

2．过程与方法

统观各类核反应的能量状况，原则考虑释放核能过程的共性，经历理性分析、归纳的思维过程；听取科学家发现铀裂变的史实，获得科学发现的间接经验；对核能利用做可行性分析与论证，体验将科学转化为生产力的过程；领略微观物理学研究的正确方法。

3．情感态度与价值观

让学生体验探究自然界规律的艰辛与喜悦；陶冶崇尚科学，仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫；学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养学生判断有关信息是否科学的意识。

教学用具（1）多媒体课件：文本资料；元素原子核子平均质量随原子序数分布规律动画；铀核裂变的液滴模型动画；链式反应模拟动画；核反应堆、核燃料、核电站、我国第一颗原子弹爆炸时形成的蘑菇云等资料图片动画。

（2）枪式与内爆式原子弹纸介质挂图。

设计理念本课教材简洁地介绍了核能利用从理论到实践的主要线索。在知识内容上，教材分三节讲述了什么样的核反应可以释放核能；裂变的特点；核能的和平利用──核电站。在知识陈述的同时，知识的“背景”中蕴含着十分丰富的教学拓展点，可以开展物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识及人文精神的教育。基于教材知识点浅显直白，而知识“背景”丰厚、人文，本案设计“以人为本”，突出展示人类开发核能的过程、思路、方法，在让学生学习核裂变基本知识的同时，感受物理与科技和人文的浸润和谐，体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。

本课总体设计思想是：课堂教学以核能开发历程为线索，从原则性与可行性出发，理性分析释放核能的过程应具备的特点，以史实为据，介绍裂变的发现历程，从反应堆实际运用──反应堆为载体，渗透科学转化为生产力的思想，课堂上借助多媒体课件播放及教师解说，着力于撼动青年学生崇尚科学的情感。

教学过程

（引入）通过前面的学习，同学们了解到原子核发生变化时，有些会放出核能。例如在天然衰变中：（幻灯显示）

。

。

请同学分析通过上述天然衰变获得核能的可行性后归纳：

（幻灯显示）天然衰变反应速度慢，放出功率小，无法控制：实际运用不可行。

又如在人工转变中：（幻灯显示）

，

。

请同学分析通过上述人工转变获得核能的可行性后归纳：

（幻灯显示）人工转变发生反应机会少，加速轰击粒子要耗能，实际运用不可行。

（设问）请同学从原则上与可行性上考虑，什么样的核反应过程可以释放核能？

1．从原则上考虑──分析释放核能的核反应过程的必备条件

（教师讲）从原则性上考虑，根据爱因斯坦的质能方程，在核反应过程中若有质量亏损，将伴随有能量的释放。那么什么样的核反应过程有质量亏损呢？我们知道，核反应过程中，核子数（即质量数）是守恒的，如果核反应过程中有质量亏损，则“反应物”核子的平均质量一定大于“生成物”核子的平均质量。统观各种元素原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数），具有如图1所示规律（动画显示），随着原子序数的增大，核子平均质量的变化不是单调的，56号元素铁的原子核中核子的平均质量最小。显然按这样两种方向进行的核反应，均有质量亏损：一种是原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的中等质量核；一种是由原子序数很小的轻核结合成原子序数大些的核。（动画显示）若将图1中的重核A分裂成原子序数小些的核B、C，该反应中有质量亏损，可释放出能量；若实现将轻核D、E聚合成原子序数大些核F的核反应，该反应中有质量亏损，可释放出能量。

这节课，我们先来了解前一种核能释放途径。这条原子能应用途径的开拓者是德国化学家哈恩，他和他的助手于1939年发现了铀核的裂变。

2．介绍铀核的裂变及其发现过程

（教师讲）随着中子的发现，轰开原子核有了理想的“炮弹”，但是中子不能由天然放射性物质自发产生，只能通过原子核人工转变而获得，为了能得到更多的中子，物理学家做了无数个实验，轰击所有当时已知的各种元素的原子核，诸多科学家通过旷日持久地艰难求索而发现，从氟到92号元素铀都可实现人工转变，通过原子核人工转变可以生成各种人工放射性元素，对许多元素用慢中子比用快中了更为有效……最终导致了震惊世界的原子核裂变。

1937年，约里奥·居里夫妇在用粒子做“炮弹”轰击铀核的实验中，产生了半衰期为3．5h的放射性元素，它居然是57号元素镧，粒子轰击铀怎么会产生一个在周期表上离铀35位的元素呢？约里奥·居里夫妇与核裂变相见不相识，第三次错失重大发现。同一时代的德国化学家哈恩也不相信小居里夫妇的实验结果，他与奥地利女物理学家迈特纳合作，尝试用中子轰击铀核来得到一个原子序数比铀更大的新元素，他们用尽各种办法未果。到了灾难深重的1938年，身为犹太人的迈特纳从德国逃亡到斯德哥尔摩，而哈恩和他的同事们在柏林郊区一个僻静的实验室里继续不懈地用中子轰击铀，当采用慢中子轰击铀核时，事情有了重大转机：反应不仅迅速激烈，释放出很高的能量，而且出现了异乎寻常的情况──铀核被击中后，竟分裂出原子序数小得多的钡!本来想揭示居里实验中的错误，反而得到了相似的结果。哈恩把实验结果寄给了治学严谨的长期合作者迈特纳，迈特纳坚信实验的结果，她决意要对比做出科学的解释。在圣诞节前夕的长途滑雪越野途中，玻尔曾经提出的原子液滴模型跃入她的脑际，她心中显现出一幅图像：往原子核里挤进一个中子，使这个核产生振荡而变形，电斥力把原子核的两端推开，形成两个较小的核，原子核就像一滴水滴，被拉长了而且被一分为二。两个比原来小的原子核中的一个可能是钡或镧。1939年1月，借助于生物学中细胞分裂的概念，迈特纳将哈恩实验中的核变化称做核裂变，迈特纳根据液滴模型算出，被电斥力推开的“裂变碎片”所带的能量约是，她又将爱因斯坦的质能方程。应用于哈恩实验中得到的数据──铀核与碎片之间的质量差约为一个质子质量的，乘以，得到大约，两个结果一致!裂变假说得到了坚实的证据。

（动画显示）铀核的分裂过程，如图2所示。

（动画显示与教师讲解）重核分裂成中等质量的核而放出核能的反应，称为裂变。

（动画显示）两种可能的铀核裂变方程是

，

。

（设问）铀核裂变确实能释放出巨大的核能，那么使铀核实现持续的裂变是否可行呢？

3．从可行性考虑──介绍核裂变的链式反应

（教师讲解）发现核裂变的消息一发布，费米等物理学家立即想到由于裂变产生单个的中子，这些中子又会使别的核裂变，形成链式反应，随着大量铀核发生裂变，中子数目成几何级数地增长，几千克铀在几微秒内裂变尽，这是多么大的能量释放啊!有一次，费米站在他的办公室的窗旁，俯瞰着纽约市喧闹的街道，他把手指弯成杯状──好像拿着一个橙子似的，沉思道：“这么大的一个炸弹，一切就消失了。”

（动画显示）链式反应如图3所示。

（教师讲解）在一次铀核裂变中可放出2～3个中子，这些中子被称做第一代中子。如果能使这些中子（至少有一个）继续轰击铀核，使之发生裂变，继而又产生第二代中子，这样不断继续下去，中子数会不断增加，可能实现原子核的链式反应。通过链式反应，实现核能的充分释放。

要实现链式反应必须有两个条件，其一是反应物，自然界中能发生链式反应的天然原料。

只有一种即铀235。天然铀中铀235很少，每140个铀原子中只有一个是，其余都是，而只能吸收中子变成放射性同位素。实现链式反应的第二个条件是的体积要达到一定大小，即达到临界体积，使中子有足够的空间机会击中铀核。由于与是同一元素的两种同位素，无法用化学方法进行分离，故欲提取一个临界体积的纯并非易事。1940年，科学家制造出了94号新元素Pu，这种非天然元素与一样，受到一个中子撞击时容易发生裂变，而且这种新元素可以用化学方法从生产它的铀中分离出来。

（动画显示）人工元素钚的产生：

。

。

从核能应用的可行性考虑，应当做到投人小、产出大，可以连续进行，有足够的原料。铀和钚裂变的发现，使人类进入了核时代。

4．介绍核弹（原子弹）

（挂图显示）枪式与内爆式原子弹原理。

（幻灯显示）1964年10月16日15时，中国第一颗原子弹成功爆炸时的巨大蘑菇云；“两弹一星”功勋王淦昌。

5．介绍核能的和平利用

（设问）和平利用核能，关键在于控制，若要利用核裂变释放的核能发电，必须控制哪些因素？

（要求回答）原料；反应速度；能量输出。

（请学生阅读教材、思考、分析后概括）

（教师讲解）用来发生裂变的装置叫做核反应堆。我们来了解核反应堆是怎样实现对原料、反应速度与能量输出调控的。

（幻灯显示）科研用反应堆外观、核反应堆厂房外景，反应堆结构示意（如图4所示）。

（设问）反应堆中铀棒就是核原料，它是用浓缩铀（其中铀235占3％-4％）制成的，为什么要用浓缩铀？

（要求回答）天然铀中只有0．7％是铀235，中子轰击到铀235核的几率太低，因此核反应堆里必须用浓缩铀235，并且需要达到一定的体积（即临界体积），以利于中子击中铀核并引发链式反应。

（设问）研究表明，铀235具有易俘获慢中子，而不易俘获快中子的特点。但裂变时产生的中子速度很大（平均能量为2MeV），不容易被铀235俘获而引起裂变。核反应堆中采取水（）、重水（）或石墨做减速剂使快中子转化为慢中子，其原理是什么？为什么选用水、重水或石墨做减速剂？

（要求回答）视中子与作为减速剂的核发生弹性正碰，碰撞核的质量（一般大于中子质量m）设为M，由于碰撞中动量与动能守恒，一个速度为v的中子，碰后速度大小为，碰撞核与中子质量越接近，碰撞前后中子速度的减少量越接近最大值移，亦即中子慢化效果越好。氢核质量与中子接近，故用水做减速剂慢化效果最好（这里教师可作预案：氢核易吸收中子而成为氘核，有可能使链式反应无法继续；重水不易吸收中子，其慢化效果仅次于水，但重水价格昂贵，一般用于科研；石墨的优点是材料便宜，易组装，但慢化效果不如重水）。

（设问）如前所述，链式反应一旦形成，巨大能量的释放是极其迅猛的，为了较平缓地释放核能，必须控制链式反应的速度，用什么方法可以控制链式反应的速度呢？

（要求回答）可通过调控中子数来控制反应速度，在核反应堆中，用镉材料做成控制棒，当反应过激时，可将控制棒插入反应堆中，吸收过多的中子；当需要加快核反应时，则将控制棒抽出些，从而控制核反应速度。

（幻灯显示）核电站示意图，如图5所示。

（教师讲解）核燃料裂变释放出来的能量大部分转化为热能，使反应区温度升高。水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，保证安全。核反应堆放出的热使水变成水蒸气，推动汽轮发电机发电。

6．讨论、分析核电站的优缺点

（教师讲解）看待一个事物的出现，总要以辩证的观点来分析。核能作为新能源，与常规能源相比，也有它的优缺点。

（幻灯显示）优点是核能的能效高，对环境污染少。

缺点是核电站产生的“废物”具有放射性，其放射线对人和生物是有害的，而且有些裂变产物的半衰期可达几千年，随着地球上的核电站越来越多，核废料的处理将是摆在人类面前的一个重要问题。

点评本节课的--从“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三个维度着手，对教材的三个部分（什么样的核反应可以释放核能；裂变的特点；核能的和平利用──核电站）以丰富的多媒体课件、详实的资料文字和多元的教学手法，对学生展开物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识及人文精神的教育。完美地展示了人类从揭示核能、研究核能到和平利用核能的发展过程，较好地落实了新课程教学。

扩展阅读

裂变、聚变

一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生们充分体会到学习的快乐，帮助教师缓解教学的压力，提高教学质量。优秀有创意的教案要怎样写呢？为了让您在使用时更加简单方便，下面是小编整理的“裂变、聚变”，希望能为您提供更多的参考。

裂变、聚变

教学目标

1.知道重核的裂变和链式反应.

2.知道什么是聚变.

3.知道核反应堆和核电站。

4、通过介绍我国核电站的发展，对学生进行爱国主义教育。

5、通过介绍放射性污染和防护，进行环保教育。

6、了解聚变反应的特点，知道可控热核反应。

7、知道热核反应的区别及优越性。

8、通过介绍我国在可控热核反应方面成就，对学生进行爱国主义教育。

课题引入

1、核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性放射性元素的衰变行吗？例如

U238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。利用人工转变行吗？例如

①可放出能量5.6MeV；

②可放出能量4.8MeV；

但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？

2、说明有些重核分裂成中等质量的核，有些轻核结合成中等质量的核都能发生质量亏损放出巨大能量。物理学中，把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应叫裂变，把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫聚变。本节（包括课本第六节、第七节）介绍裂变和聚变。

重难点分析

1、裂变和聚变

精确的研究表明原子核中核子的平均质量跟原子序数的关系，如人教社教材中图24-11所示，这个图线是解释那些核反应释放能量的根据。这个图线表达了原子核组成的重要规律。按图线分析可知，怎样的反应有质量亏损是释放能量的，从而明确：裂变是重核分裂为质量较小的核，释放核能的反应；聚变是轻核结合为质量较大的核释放出核能的反应.

2、铀核的裂变

铀核的裂变，一般分裂为两个中等质量的核，叫二分裂，产物是多种多样的，一种典型的反应如下述核反应方程所示：

（也有三分裂、四分裂现象，但出现的概率极低，约为二分裂的千分之三和万分之三。）

这个核反应的结果中，又释放出2-3个中子，这些中子又会引起其他原子核的裂变，形成链式反应，使裂变继续下去。当然维持链式反应是要有一定条件的，这个条件是，每次裂变产生的中子，至少平均有一个能再度引起裂变反应。这些中子，有的可能被杂质吸收，有可能穿出裂变物质体外，因而不能引起新的裂变发生。为维持链式反应要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积。可以简单介绍临界体积、临界质量的概念，纯U235球形的直径约4.8cm就达到了临界体积，其临界质量大约1kg左右.

根据质能方程可以计算出上述裂变反应释放的能量为201MeV.铀核的每个核子平均释放约1MeV.

3、核电站

利用核能发电的核心设施是核反应堆.核反应堆是用人工控制链式反应的装置，教学中要重点讲述用人工方法控制链式反应速度的原理。其构造可利用挂图，分五部分予以介绍.

（1）铀棒.由浓缩铀制成，作为核燃料

（2）减速剂：常用的减速剂有石墨、重水等，使裂变中产生的快中子（能量在0.1-20MeV，平均约为2MeV）减速为慢中子（能量约为MeV），因为铀235裂变需要的是慢中子，只有通过减速，才能维持链式反应的进行.

（3）控制棒：用镉制成.镉吸收中子的能力很强，调节镉棒插入的深度，改变吸收中子的数量，达到控制链式反应速度的目的.

（5）冷却剂，常用水，液体钠等，在反应堆内外循环流动，把反应堆产生的热能传出去用以发电，同时降温，保证安全.

4、聚变

聚变时平均每个核子释放的能量是裂变时的3-4倍（可以通过质能方程计算一下：

释放17.6MeV平均每个核子释放3.52MeV）

产生轻核聚变的条件是高温。必须使轻核具有很大的动能，才能使它们接近到10－15m发生聚变.

热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性。热核反应释放能量比裂变反应大的多；热核反应产生放射性物质处理起来比裂变反应产生放射性物质容易；热核反应用的氘，储量丰富。

我国自行研制可控热核反应装置中国环流一号于1984年9月启动。具有国际先进水平的可控热核反应实验装置HT-T超导托卡马克于1994年安装成功，标志我国在研究可控热核反应方面具有一定的实力。

巩固小结

第2节核裂变教师用书

一名合格的教师要充分考虑学习的趣味性，作为教师就要根据教学内容制定合适的教案。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来，帮助教师能够更轻松的上课教学。那么一篇好的教案要怎么才能写好呢？下面的内容是小编为大家整理的第2节核裂变教师用书，欢迎阅读，希望您能够喜欢并分享！

第2节核裂变
学习目标知识脉络
1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．(重点)
2.知道什么是链式反应.
3.会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点)
4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．(难点)

重核的裂变
[先填空]
1．重核的裂变
(1)核裂变：用中子轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量的核反应过程叫做核裂变．
(2)裂变能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．核裂变是释放核能的方法之一．
(3)铀核裂变的产物多种多样，其中有代表性的有：
10n＋23592U→9538Sr＋13954Xe＋210n
10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n.
2．链式反应
(1)定义：在23592U核裂变释放出巨大能量的同时，平均每次可以放出2～3个中子，这些中子称为第1代中子，如果其中至少有一个继续轰击23592U，使之发生裂变，就能产生第2代中子，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反应．能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积．
(2)条件：发生链式反应必须具备两个条件：a.铀核的体积达到临界体积；b.必须存在持续不断的中子源．
[再判断]
1．原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．(×)
2．用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．(√)
3．利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．(√)
[后思考]
重核裂变反应是否满足电荷数守恒？是否满足质量数守恒？
【提示】重核裂变反应属于核反应，满足电荷数守恒，质量数守恒．
[核心点击]
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)常见的裂变方程：
①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n.
②23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.
2．链式反应的条件
(1)有慢中子轰击．
(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量．
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．
3．裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
4．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应
在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同．
(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．
(2)铀238：只有俘获能量大于1MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小．能量低于1MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变．因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.
1．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是()
A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量
B．铀核裂变在自然界中会自发地产生
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确．
【答案】AD
2．(多选)1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()
A．这个实验的核反应方程是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C．实验中产生的γ射线穿透能力极强
D．这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的质能方程来计算
【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n，选项A正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B错误，D正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项C正确．
【答案】ACD
3．现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：23592U＋10n→14360Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零．试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；
(2)已知铀(U)核的质量为235.0493u，中子质量为1.0087u，钕(Nd)核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u．又知1u＝1.6606×10－27kg，试计算，1kg铀235大约能产生的能量是多少？
【解析】(1)根据电荷数和质量数守恒，可得
Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40
质量数A＝236－143－3×1＝90.
(2)方法一：质量亏损
Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u.
一个铀核裂变释放能量
ΔE＝Δm×931.5MeV
＝0.2174×931.5MeV≈202.5MeV
1kg铀核含有的原子核数为
n＝1000235×6.02×1023个≈2.562×1024个
1kg铀核产生的能量
E总＝nΔE＝2.562×202.5×1024MeV
≈5.2×1026MeV＝5.2×1026×106×1.6×10－19J
≈8.3×1013J.
方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)
＝0.2174u＝0.2174×1.6606×10－27kg
≈3.6×10－28kg
ΔE＝Δmc2＝3.6×10－28×(3×108)2J＝3.24×10－11J
n＝1000235×6.02×1023个≈2.562×1024个
E总＝nΔE＝2.562×1024×3.24×10－11J≈8.3×1013J.
【答案】(1)4090(2)8.3×1013J
重核裂变核能计算的方法
解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏加德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一．
裂变反应堆
[先填空]
1．核反应堆：能维持和控制核裂变的装置．
2．核反应堆的构成：堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．
(1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．
(2)中子反射层：反射核裂变中产生的中子，使其进一步参加链式反应．
(3)控制棒：用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．
[再判断]
1．核反应堆可以人工控制核反应速度．(√)
2．减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√)
3．链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×)
[后思考]
核反应堆中的防护层的构造和作用是什么？
【提示】核反应堆中的防护层一般由金属套、防止中子外逸的水层以及1m～2m厚的钢筋混凝土构成，可以有效地防止射线对人体及其他生命的侵害．
[核心点击]
1．核反应堆的组成
核反应堆由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分组成．其中控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．之所以把它叫做“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是用石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的．
2．核反应堆与原子弹爆炸的比较
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
3．核电站发电的主要原理
核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．
4．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是()
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
【解析】镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强，镉棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故镉棒也叫控制棒，C正确．
【答案】C
5．(多选)关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的()
A．镉棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量
【解析】核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则B、D正确，A、C错误．
【答案】BD
学业分层测评(十二)
(建议用时：45分钟)
学业达标]
1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()
A．含有的质子数较裂变前重核的质子数不变
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数不变
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误．
【答案】AD
2．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是()
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，但不一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、C错误，B正确；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，选项D正确．
【答案】BD
3．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()【导学号：64772108】
A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
【解析】要使铀核裂变发生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】C
4．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.下列说法正确的有()
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．
【答案】AC
5．下列核反应中，表示核裂变的是()
A.23892U―→23490Th＋42He
B.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
C.146C―→147N＋0－1e
D.94Be＋42He―→126C＋10n
【解析】题目选项中，23892U―→23490Th＋42He是α衰变，146C―→147N＋0－1e是β衰变，94Be＋42He―→126C＋10n是人工转变，只有C选项是重核裂变，故B正确．
【答案】B
6．(多选)2020年以前我国将新增投产2300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是()
A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭
C．在经济效益方面核电与火电不相上下
D．核电站没有任何污染
【解析】核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错误．
【答案】AC
7．下面是铀核裂变反应中的一个：23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀235的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中质量亏损Δm＝________u，释放的核能ΔE＝________MeV.
【导学号：64772053】
【解析】质量亏损Δm＝235.0439u＋1.0087u－135.9072u－89.9077u－10×1.0087u＝0.1507u
由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝0.1507uc2＝0.1507×931.5MeV＝140.3771MeV.
【答案】0.1507140.3771
8．落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量．原子弹放出的能量约8.4×1013J，试问有多少个23592U原子核进行分裂？该原子弹中含23592U的质量最小限度为多少千克？(一个23592U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV)
【解析】一个23592U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19J＝3.2×10－11J.
设共有n个23592U核发生裂变：n＝8.4×10133.2×10－11个≈2.6×1024个，铀的质量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015kg.
【答案】2.6×1024个1.015kg
能力提升]
9．(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()
A.23592U原子核中有92个质子，143个中子
B.23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n
C.23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个23592U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J
【解析】由23592U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正确．
【答案】ABD
10．(多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图421所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()
图421
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．由原子核A裂变成原子核B和C时要吸收能量
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，B正确、C错误；镉棒可以吸收中子，在反应堆中能控制反应速度，D正确．
【答案】BD
11.23592U受中子轰击时会发生裂变，产生13956Ba和9436Kr，同时放出200MeV的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1)
【解析】每天发电的总量
E＝24×3.6×103×5×108J＝4.32×1013J.
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(个)．
则对应的质量
m＝nNAμ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg.
【答案】0.572kg
12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的质量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的质量．
【解析】(1)由反应方程可知：X为10n，a为3，释放的能量为
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗23592U的功率为P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106kW，
电站每年消耗235U的能量为W＝Pt＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J.
每年消耗23592U的质量为
M＝WΔEmU＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11kg＝1105kg.
【答案】(1)10n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1105kg

核反应、核能与裂变

--示例

教学重点：核的人工转变和核能的计算

教学难点：核能的计算

教学示例：

一、人工核转变

1、质子的发现

卢瑟福

2、中子的发现

查德威克

二、核能

1、核能

2、质量亏损

3、质能方程

；

4、核能的计算

例题1：已知质子和中子结合成氘核时的质量亏损为0.0040×10-27kg，则此过程中释放的能量为多少？

解：根据爱因斯坦的质能方程知

=eV

=2.2MeV

例题2：静止的锂核

在俘获一个中子后，生成一个氘核和一个粒子，并释放4.8MeV的能量．（1）写出核反应方程式（2）计算反应过程中的质量亏损

解：（1）

（2）根据爱因斯坦的质能方程知：

=

三、核裂变

物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫裂变．

四、铀核的裂变

1、裂变方程

具有多样性

2、核能的释放

举例计算铀核裂变过程释放的能量

3、链式反应

动画演示此过程

五、裂变的应用

1、原子弹

2、核反应堆

六、作业

高三物理核裂变教案29

一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，准备好一份优秀的教案往往是必不可少的。教案可以让学生更好地进入课堂环境中来，帮助高中教师能够更轻松的上课教学。你知道如何去写好一份优秀的高中教案呢？为满足您的需求，小编特地编辑了“高三物理核裂变教案29”，希望能对您有所帮助，请收藏。

第二节核裂变

三维教学目标

1、知识与技能

（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；

（2）知道什么是链式反应；

（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；

（4）知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。

2、过程与方法

（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；

（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。

3、情感、态度与价值观

（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；

（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；

（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。

教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

（一）引入新课

大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

（二）进行新课

1、核裂变（fission）

提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）

总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。

提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能）

总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。

2、铀核的裂变

（1）铀核的裂变的一种典型反应。

提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？

（2）链式反应：

提问：链式反应〔chainreaction〕是怎样进行的？（这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应）

（3）临界体积（临界质量）：

提问：什么是临界体积（临界质量）？（通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量）

（4）裂变反应中的能量的计算。

裂变前的质量：

kg，kg

裂变后的质量：

kg，kg，kg，

学生计算：质量亏损：

kg，

J=201MeV

总结：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。

3、核电站

提问：核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？

学生回答：铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。

学生回答：控制棒由镉做成，用来控制反应速度。

学生回答：减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。

学生回答：冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。

学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。

提问：核能发电的优点、缺点？

优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。

缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难。

点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。

补充：了解常用裂变反应堆的类型：秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。

例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（）

A、B、

C、D、

分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。

是衰变，是衰变，是人工转变，只的C选项是重核裂变。

解：表示核裂变的是C

例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.21010J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）

学生回答：

解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600J=2.592×1013J，每年的发电量W总=365W=9.46×1015J而1g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010J所以，每年消耗的铀的量为：

点评：培养学生推理及公式演算的能力。注意速度单位的换算，运算过程中带单位运算。适当进行爱国主义教育。