教科版选修3-5物理《第三章 原子核 6. 核聚变》优秀教学设计

教科版选修3-5物理《第三章 原子核 6. 核聚变》优秀教学设计

【重点】聚变的特点及条件 聚变方程 计算释放的核能

1967年6月17日， 我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过 轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题。

【一．核聚变：】

1．聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做____________。

2．聚变会__________能量：

因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。

如一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。

核聚变反应方程：

3．核聚变发生的条件：

（1）要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_____10-15m___以内，核力才能起作用。

（2）要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

（3）要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万开尔文的高温。因此，聚变又叫热核反应。

（4）聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸（氢弹）。

4．太阳内部氢核聚变成氦核的反应不断地进行着，不断地放出能量。

【练习1】一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的质量：mD=2.014 102 u、氚核的质量：mT=3.016 050 u、氦核的质量：mα=4.002 603 u、中子的质量：mn=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量和平均每个核子放出的能量

【练习2】 太阳的能量来自下面的反应：4个质子（氢核）聚变成1个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。已知氢气燃烧与氧气化合成水，每形成一个水分子释放的能量为6.2eV，若想产生相当于太阳上1kg的氢核聚变成α粒子所释放的能量，需燃烧多少千克氢气？

已知α粒子的质量为4.0026u，质子的质量为1.00783u，电子的质量为5.48×10-4u（u为原子质量单位）

【三、氢弹】

【二．受控热核反应：】

1．聚变与裂变相比有很多优点：第一，_______轻核聚变产能效率高___________________

第二，_______地球上 聚变燃料的储量丰富_________

第三，_______是轻核聚变反应更为安全、清洁_______

实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。另外，氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他 物质反应而生成的放射性物质，比 裂就所生成的废物的数量少，容易处理。

2．实现核聚变的难点：_１、热核反应的的点火温度很高；２、如何约束聚变所需的燃料；

现在的技术还不能控制热核反应。