9.7核聚变教案(新人教版选修3-5)
高中物理选修35：19.7 核聚变 课件
氘核的质量：mD = 2.014102u 氚核的质量：mT = 3.016050u 氦核的质量：mα = 4.002603u 中子的质量：mn =1.008665u
m m D m T ( m α m n ) 0 . 0 1 8 8 8 4 u
E m c 2 0 .0 1 8 8 8 4 9 3 1 .5 M e V 1 7 .5 9 M e V
（3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有 放射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他 物质反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数 量少，容易处理）
2. 现在的技术还不能控制热核反应，问题有
（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 （3）反应装置中的气体密度要很低 ，相当于常温常压下气 体密度的几万分之一
§7 核 聚 变
学习目标
1. 知道聚变的概念，知道太阳能是热核聚变释放的核能 ；
2. 知道聚变（热核反应）的条件和优点； 3. 知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知道研究受控热核 反应的重大意义。
设计思路
当今世界，环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同 时，也在对能源可持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们知道核聚变反应的特点 及聚变反应的条件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问 题的能力。
新课讲授
一、核聚变
氘核
氚核
氦-4
中子
轻核的聚变(热核反应)
某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这
种核反应叫做聚变。
4 2
H
e
2 1
H
3 1
H
高中物理新课标版人教版选修3-5精品课件：19.7《核聚变》(PPT课件可以编辑)
核聚变嘚利用——氢弹 弹体
三种炸药：
普通炸药 铀235
外壳
小型 原子 弹
普通炸药
Ｕ235
氘、氚、重氢化钾等
氘、氚
爆炸 裂变 聚变
引爆装置
2 1
H
31 H
4 2
He
1 0
n
氢弹爆炸形成嘚磨姑云
二、可控热核反应——核聚变嘚利用 可控热核反应将为人类提供巨大嘚能源,和平利用聚变产生嘚核量是非常吸引人嘚重大课题，我国嘚可 控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变嘚条件: 使原子核间嘚距离达到10-15m
实现嘚方法有: 1、用加速器加速原子核； ２、把原子核加热到很高嘚温度； 108～109K 聚变反应又叫热核反应
不经济
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
现在嘚技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应嘚嘚点火温度很高； ２、如何约束聚变所需嘚燃料；
磁场约束
现在嘚技术还不能控制热核反应。
问题有： １、热核反应嘚嘚点火温度很高； ２、如何约束聚变所需嘚燃料； ３、反应装置中嘚气体密度要很低 ，相当于常温常压下气 体密度嘚几万分之一；
核子嘚平均质量是： 原子核嘚质量 核子数
核子平均质量
D E
F
CB
O
Fe
核子嘚平均质量与原子序数之间嘚关系
A Z
一、核聚变
物理学中把重核分裂成质量较小嘚核，释放核能嘚反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大嘚核， 释放出核能嘚反映叫做聚变．
〓
人教版选修(3-5)《核聚变》学案
人教版选修(3-5)《核聚变》学案．7 核聚变【知识要点】（一）核聚变1.聚变聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
2.轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能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例氢的聚变反应：2H+21H→31He+11H+4 MeV、12H+31H→42He+10n+17.6 MeV1释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，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3.核聚变发生的条件微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，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。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
4.两种核聚变实例：（1）氢弹；（2）太阳（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。
2. 科学家设想的受控热核反应有两种方案：即磁约束和惯性约束【典型例题】例：三个α粒子结合成一个碳12 6C，已知碳原子的质量为12.0000 u，氦原子的质量为4.0026 u．(1 u＝1.66×10－27 kg)(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?解析：(1)342He―→12 6C＋ΔE(2)Δm＝3×4.0026 u－12.0000 u＝0.0078 uΔm＝0.0078×1.66×10－27 kg＝12.948×10－30 kgΔE＝Δmc2≈1.165×10－12 J(3)ΔE＝1.165×10－12/(1.6×10－19) eV≈7.28×106 eV＝7.28 MeV【巩固练习】1．把两个质量较________的原子核结合成质量较________的原子核的过程叫_______________，由于这种反应需要在几百万度的高温下进行，所以也叫_________________。
核聚变-陕西省蓝田县前卫中学高中物理选修3-5教案
课题： 19.7核聚变教学目标知识与技能：1．了解聚变反响的特点及其条件.[来源:]2．了解受控热核反响及其研究和开展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
过程与方法通过重核裂变和轻核聚变的比拟分析，培养学生运用科学的物理方法学习新知。
通过阅读教材培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
情感、态度与价值观1．通过学习，使学生了解我国两弹研制的过程和意义。
增强学生的爱国情感和自豪感。
通过了解我国在相关领域的研究，进一步认识导科学技术在国防、生活生产中的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但假设用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点及难点教学重点：聚变核反响的特点。
教学难点：聚变反响的条件。
教学过程教师活动学生活动设计意图〔一〕引入新课教师：回忆我国科学研究的辉煌历史，伴随着蘑菇云的升起，我国于1964年，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成功引爆，我国仅用了两年零八个月。
这使得全世界为之惊叹，这大大提升了我国的国际地位。
而氢弹爆炸确是通过轻核聚变来实现的。
就让我们踏着先辈的足迹，怀着科学的精神来共同探究人教版选修3-5第十九章第七节?核聚变?.〔二〕进行新课[来源:Z&xx&]教师：请同学们将教材翻到88页，经过预习后，请大家说说什么叫做核聚变？跟随教师对历史进行回忆，与自身的知识储藏进行融合学生在预习的根底上进行答复学生：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反响叫做核聚变。
学生听取教师回忆我国科学研究的历史过程中激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感。
在课堂上可以展示预习的成果，更好的切入本节课的内容。
教师：经过重核裂变的学习，请同学们回忆一下:①重核裂变中为什么会释放能量？②怎样计算释放的能量？[来源:学科网]③裂变过程中遵循怎样的守恒？教师：轻核聚变会不会也有着同样的规律呢？[来源:学科网]幻灯片中展示两幅图片通过这两1、回忆前几节学过的内容，回忆重荷的裂变的特点，答复相应的问题2、猜测轻核聚变这样学生在回忆重核裂变知识的根底上再次明确核反响中释放能量的原因以及其中的守恒关系，幅图像大家分析一下你能得到怎样的规律呢？图一：核子平均质量和原子序数之间的关系图二：比结合能和质量数之间的关系教师：通过重核裂变轻核聚变两个角度进行分析后，大家来总结一下这两个核反响有什么共同点呢？小组同学进行讨论并总结。
人教版高中物理选修(3-5)-19.7《核聚变》导学案
高二物理选修核聚变导学案一、知识点扫描1、聚变及其条件问题：什么叫轻核的聚变？问题：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？计算氢的聚变反应所释放能量：2H+31H→42He+10n1（21H的质量是2.0136u，31H的质量是3.0166u，42He的质量是4.0026u，10n的质量是1.0087u。
）提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，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。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
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。
说明：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K 以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。
太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。
它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。
当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！（2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
提问：氢弹爆炸原理是什么？2、可控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。
我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。
请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？可控热核反应发展进程：总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。
7核聚变-人教版选修3-5教案
核聚变-人教版选修3-5教案一、教学目标1.理解核聚变的概念和过程，知道核聚变与核裂变的区别；2.掌握星际燃料的重要性以及在应用领域的运用；3.知道当前核聚变研究的发展现状；4.能够描述人类社会开展核聚变研究的原因以及对环境的影响；5.发展学生探究性学习兴趣，提高其解决问题和思辨能力。
二、教学重点1.核聚变的概念和过程；2.星际燃料的重要性；3.核聚变对环境的影响。
三、教学难点1.核聚变与核裂变的区别；2.发展学生探究性学习兴趣。
四、教学内容和方法1. 核聚变的概念和过程（1）核聚变的概念核聚变是指两个或两个以上轻核聚合成一个更重的核的过程。
（2）核聚变的过程当轻核相互靠近时，会因为相互作用力而相互吸引，继续靠近以至于两个核接触成为一个整体。
但是，由于轻核的质子数量比中重核的质子数量更多，所以两个核相互吸引而接近时，会因为静电斥力而产生反作用力。
如果此时两个核的接触能量足够大，就可以克服反作用力将两个核结合为一个新核，同时放出能量。
2. 星际燃料的重要性（1）星际燃料的定义星际燃料是指用于星际飞行的燃料。
（2）星际燃料的重要性随着现代航天和探险的发展，星际燃料的需求日益增大。
核聚变作为一种高效、清洁的能源产生方式，能够大大改善星际燃料的能源消耗和排放问题。
3. 核聚变对环境的影响（1）核聚变对环境的影响核聚变是一种高效而清洁的能源产生方式，不会产生明显的环境问题。
但从长远来看，核聚变可能会对环境造成影响。
（2）防止核聚变对环境的影响在开展核聚变研究和应用的过程中，需要遵循“安全第一”的原则，制定出相应的应对对策，防止核聚变对环境及人类造成潜在的威胁。
五、教学评价在教学过程中，应该积极发展学生的探究性学习兴趣，鼓励和支持学生自发地提出自己的独特见解和想法，用思辨和探究的方式来解决问题。
此外，还应增强学生的沟通能力和合作精神，在小组学习和研究中互相交流和协作，共同制定有效学习方案，提高学习效率和成果。
人教版高中物理选修(3-5)-19.7《核聚变》名师教案
19．7 核聚变江苏省启东中学黄卫华【核心素养】通过《核聚变》的学习过程，使学生进一步认识到科学技术的重要性，更加热爱科学。
认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难；希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变释放的能量而作出自己的努力。
【教学目标】1．知道核聚变概念和核聚变反应的特点及其条件，能写出聚变方程并计算核能。
2．了解可控热核反应及其研究和发展。
3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
【教学重点】聚变核反应的特点。
【教学难点】聚变反应的条件。
【教学过程】课前：登陆平台，发送预习任务。
根据平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
（提示：请登陆平台，发送本节预习任务）（一）引入新课美国宇航局所拍摄到的太阳前所未有的细节图。
太阳磁场爆发时，太阳表面的耀斑和冕环。
太阳如何运作？太阳的年龄是多少？50亿多年！如果太阳是燃烧汽油或木头的话，几千年就烧完了，那为何太阳能够50亿年屹立不倒呢？太阳就像飘在宇宙中的核反应堆，是靠氢原子聚变成氦原子或其他更重的原子释放的能量来燃烧的。
这个过程中太阳慢慢将自己的质量转变为能量，并通过太阳光散发，这些燃料足够太阳燃烧几十亿年。
那么什么是聚变？怎样可以在地球上实现聚变呢？这节课我们就来学习聚变的问题。
【知识储备】1、质量亏损与质能方程在核反应前后，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象叫质量亏损。
爱因斯坦质能方程E=mc2，爱因斯坦相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切关系，物体具有的能量与其质量成正比，如果核反应前后出现质量亏损Δm，可以推算出反应中释放的核能ΔE=Δmc2补充说明：（1）利用原子质量单位u和电子伏特eV计算1u=1.6606×10-27kg，1eV=1.6×10-19J，E=mc2=931. 5 MeV1原子质量单位u相当于931.5MeV能量（2）质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒定律和能量守恒定律，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化；（3）质量亏损不是否定了质量守恒定律，根据爱因斯坦的相对论，辐射出的光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
人教版物理选修3-5《核聚变》ppt课件(16页)
n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV
E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K 聚变反应又叫热核反应
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
铀235
原
子
外壳 弹 2 1
H
31H
4 2
He
1 0
n
普通炸药 爆炸 Ｕ235 裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
加深，直至完全学会消化。
建立 仪式感
做个便利贴 男孩/女孩
建立营造 自律圈
小作业
这并不是一份从天而降的普通作业~ 这是一份既能轻松完成，又能帮助你快速进步的高效小作业！ 1、结合本节所学的学习力相关常识，纠正自己目前存在问题的学习方 法， 养成良好学习习惯（可参考工具卡《高效学习力》）。 2、结合本节所学“学习的完整过程”和“高效学习模型”，对自己现 有 学习方法进行优化（可参考工具卡《高效学习模型》）。
《狂人日记》、《呐喊》、《孔 乙己》
《故乡》、《社戏》、《祝福》（图片来自网络） 。
TIP1：NPC代入，把自己想成其中的人物，会让自己的记忆过程更加有趣 （比如你穿越回去，成为了岳飞的母亲，你会在什么背景下怀着怎样的心情在 背 上刺下“精忠报国”四个字）； TIP2：越夸张越搞笑，越有助于刺激我们的大脑，帮助我们记忆，所以不妨在 编 故事时，让自己脑洞大开，尝试夸张怪诞些~
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氢核的聚变
〖教学目标〗
1.知道原子核的人工转变,知道核能的概念.
2.了解爱因斯坦的质量方程,知道质量亏损的概念.
3.会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能.
〖教学重点与难点〗聚变方程及聚变中能量的计算
〖主要教学过程〗
引入新课
人类的生产和生活都离不开能源．目前可供开采的，作为主要能源的煤、石油和天然气等越来越少，所以人们开始致力于寻找新能源．爱因斯坦提出的质能方程，为我们指明了获取巨大能量的途径，而重核裂变、轻核聚变则是获取这些巨大能量的最可行的方式．本节课我们学习轻核的聚变．
新课教学
引导学生阅读课本，分组讨论、归纳总结，回答下列问题：
1．明确什么是聚变反应。
2．聚变反应有哪些特点?
3．是否任意核聚在一起都能释放出能量?为什么?
4．如何实现聚变反应?
5．对聚变能的利用．
一、聚变反应及其特点
让学生依次回答上述问题，教师可根据需要进行补充
l 、聚变反应
由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变.
2．聚变反应的特点
聚变反应的特点主要有3个
⑴和裂变相比，聚变反应释放的能量更多。
例如，一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是
n He H H 1042311
1+→+
根据已知的数据
氘核的质量：m D =2.014102u 氚核的质量：m T=3.016.050u
氦核的质量：m α=4.002603u 中子的质量：m n =1008665u
该反应释放能量为MeV mc E 6172
.=∆=∆
平均每个核子放出的能量为3.3MeV
⑵聚变材料丰富
1L 海水中大约有0．03g 氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L 汽油． 常见的聚变反应
MeV H H H H 0041131212
1.++→+ MeV n He H H 6171042312
1.++→+
在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应
的产物．所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的．
⑶安全、无污染。
聚变产物基本上是稳定氦核，没有放射性，不污染周围环境．而裂变产物一般都有放射性，容易引起环境污染．
可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源问题的途径．那么，是不是任意的核聚在一起就释放能量呢?
不是．由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量．
二、热核反应及其应用
1、热核反应
使轻核发生聚变的方法之一就是将物质加热．温度越高，分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大．要使轻核发生聚变需要达到很高的温度——几百万摄氏度，这时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能来克服原子核间巨大的库仑斥力，达到10—15m的近距离，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
2、热核反应的应用
⑴太阳能
热核反应在宇宙中是很普遍的．太阳和许多恒星内部，温度高达107K以上，满足热核反应的条件．太阳内部的氢核在极高温度下聚变成氦核，每秒释放的能量达3.8×1026J．地球只接受了其中的二十亿分之一左右．对太阳能的应用主要是：地球上万物生长离不开太阳的光和热；太阳能热水器、太阳能电池等等．
查阅资料，更多更详细地了解对太阳能的应用，
⑵氢弹．
氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应．氢弹比原子弹复杂一些，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药点燃．
氢弹的构造简介及其爆炸情况．
⑶可控热核反应．
若要使聚变反应所产生的能量用于和平目的，则需实现可控热核反应．目前人类还没能实现这一目标．世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术．我国在这方面已经具有一定的实力，取得一定的成果，并将对人类探求新能源的事业作出自己的贡献．
小结
对聚变和裂变在中学物理中地位相同，解决问题时牢牢掌握核反应前后的质量变化，再利用爱因斯坦的质能方程，计算求解．
巩固练习
试求在氢弹中当合成1kg的氦时所释放出的能量．(氘核的质量为2.0136u，氚核的质量为3.0166u，氦核的质量为40026u，中子的质量为10087u)
作业。