鲁科2003课标版《第2节核裂变》优质课教案下载

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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。

【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。

【情感态度】

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。

三、教学重点、难点：

重点：核裂变方程。链式反应

难点： 核反应堆

四、教具、学具准备：

教具：课件、电脑投影

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

　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

（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

　（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

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。