1、核能教学设计江苏南京 29 中致远校区 殷发金一、教学目标（一）知识与技能1了解原子、原子核结构。2知道获取核能有两个途径重核裂变、轻核聚变。（二）过程与方法通过类比的方法来研究核裂变的过程。（三）情感态度和价值观知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。采用辩证的思想来看待核能和利用和危害。二、教学重难点本节内容是由“核能”、“裂变”和“聚变”三部分构成的。核成主要是由原子结构发生改变时，就能释放出巨大的能量，所以要了解核能，首先要了解原子的结构，原子非常小，其结构抽象，对于核的由来不易理解，它是本节教学的重点。重核可以分裂成质量较小的核，这是裂变；同样，质量较小的核可以
2、结合成较重的原子核，这就是聚变。在核反应的过程中会释放出巨大的能量，而且反应时间较短，如果不加以控制，则无法被人类的正常使用，只能做成破坏非常强的原子弹和氢弹等。在核反应中应用的原料及废料中含有放射性物质，对人类会产生危害，所以使用核能时还要注重安全使用。重点：核能的由来及其优点和可能带来的问题。难点：裂变和聚变。三、教学策略通过上一节的学习已经知道近几十年人类消耗的能源总量在快速上升，并且能源结构主要是以化石能源为主，人类已面对能源危机。要解决这个问题，需要开发利用新能源，核能就是现在使用较多的新能源。要了解核能的由来就要对原子结构有所了解，所以可以从原子结构开始研究，当原子核发生变化时，会
3、对外释放大量的能量，这就是核能。原子核发生改变有两种可能，一种是原子核分裂成多个原子核，这是裂变；另一种是几个原子核聚合成一个原子核，这就是聚变。通过原子弹、氢弹爆炸了解原子核发生改变时，放出巨大的能量，如何使用这种能量呢？对裂变进行分析，了解链式反应的过程，可以通过火柴实验的模拟链式反应，如果核反应的速度可以控制，则人类就可以使用裂变时释放的能量，这就是可控核裂变。可以通过挂图或视频了解核电站的基本构造。聚变现阶段还没有找到控制其反应速度的方法，如果找到控制聚变的方法，则可以解决眼前的能源危机。在介绍核能利用的同时，也要提到核能使用中可能带来的问题，可以通过视频了解核泄漏事故，如切尔诺贝利、
4、日本福岛核电站的核泄漏。通过分析得出，安全使用的核能是一种清洁的能源，对环境影响较小，同时也要注意到它可能带来的问题，要用辩证的眼光来看待核能。四、教学资源准备原子结构挂图、核电站挂图、火柴、麻将牌、实物投影、多媒体课件整合网络、电费缴费单。五、教学过程教学环节 教师活动 学生活动 设计意图创设情景（5 分钟）播放核爆炸时的视频。了解核能观看视频，感受核爆炸时产生的巨大能量，了解核能利用的可能性创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲引入新课（5 分钟）原子核在发生变化时，会释放出巨大的能量，那么你了解原子的结构吗？核能是如何产生的呢？学生回忆原子结构组成，大致了解原子结构知识回顾，为本节内容做准
5、备核能展示原子结构的挂图或投影，回忆原子的结构组成。原子核是原子中最小的结构吗？电子为什么会绕核运动？原子的质量几乎集中在原子核中，质子和中子的质量几乎相同。原子核的体积相对于原子的体积来说非常小，相当于足球场上的一个鸡蛋。质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦原子核发生变化时，就可能释放出惊人的能量，这种能量被称为核能。请你说说对原子结构的认识。原子核发生改变有两种情况，一种是质量较大的原子核裂变成质量较小的核；一种是由两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核。这两种原子核发生改变的过程中都会伴随着巨大的能量释放学生回忆原子结构。原子
6、是由原子核和核外电子组成的，电子在绕核运动。学生思考回答：原子核也是可分的，它是由质子和中子组成的。原子核中的质子带正电，电子带负电，原子核吸引电子绕核转动。学生观察原子结构图片，了解原子结构，知道核能。 学生结合刚才的学习总结原子结构：原子是由原子核和核外电子组成的，电子带负电，原子核带正电，原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成的。一般情况下，质子所带正电荷的数量与电子所带负电荷的数量相同培养学生自学能力，分析解决问题能力。培养学生分析问题能力新课内容（25 分钟）裂变展示核裂变的资料：19341938 年间，科学家利用中子轰击质量较大的铀 235，使其裂变成两个质量较小的原子观看核裂
7、变的资料，了解核裂变放出能量的过程。核，同时释放出 23 个新的中子。提出问题：铀 235 只有在中子的轰击下才能发生裂变且释放出核能，那么是不是要不断地从外界提供中子才能使反应不断进行呢？实验：利用火柴模拟链式反应。如果去掉其中火柴（1），火柴（2）（3）会燃烧吗？展示链式反应原理的挂图或动画。链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放巨大的能量，产生极大的破坏性，就如前面所见的原子弹。（播放纪录片广岛原子弹爆炸）学生根据刚才裂变的资料，知道在铀 235 裂变时就会释放出中子，所以在裂变的过程中，不需外界不断的提供中子。抽掉其中一根火柴，其后面的火柴就不会燃烧。会使燃烧火柴
8、的数量减少。观看原子弹爆炸产生的危害，感受核能的巨大利用类比的方法来模拟研究核裂变过程核能发电在链式反应中，可以通过控制中子数量来控制链式反应的速度。可控的核裂变在实际中有什么应用呢？投影核电站图片，介绍我国核电站的情况。核电站运行中能源是由重核裂变提供的，核能是安全、洁净、学生讨论：可以用于核能发电、核动力航母等。学生展开讨论，对于不同观点的同学进行辩论。介绍核能发电基本组成。为后面梳理核能的优缺点做准备廉价的能源。你认可这个观点吗？通过分析，可以发现核裂变时会释放大量的能量，如果不加以控制短时间内释放的能量会产生极大的破坏。如果控制链式反应的速度，让核能逐步缓慢的释放就可以为人类使用学会利
9、用辩证的观点来认识核能的利用及危害聚变我们已经研究过重可以裂变成质量较小的核，那么质量较小的核能否聚合成质量较大的核呢？介绍轻核的聚变，将质量较小原子核结合成新的原子核也会放出大量的能量，这是就是聚变。如把氘和氚在超高温下结合成新的原子核氦核。（投影聚变图）播放氢弹的视频或展示图片。氢弹就是利用氢核的聚变，在瞬间释放出大量的能量。但现阶段科学家还没有找到控制核聚变的方法。通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题！学生逆向思考，提出核聚变的可能性。了解轻核聚变的知识培养学生的逆向思维的能力总结（5 分钟）课堂小结：1通过本节课的学习，你学到了哪些知识？2请说说你对原子结构的认识。3获得核
10、能有哪些途径？4重核裂变是如何发生的？在实际中有什么应用？5什么是聚变？学生梳理本节课知识内容。1本节课的主要内容有：原子结构、聚变及裂变、核能在实际中的应用及危害等2原子是由原子核和核外电子组成的，原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成，电子带负电。原子的质量主要集中在原子核上，体积非常小。3获得核能可以有两种途径：裂变和聚变。4质量较大的原子核会裂变成质量较小的核，同时释培养学生总结归纳的能力放出大量的能量，在实际中可以用于核电站等。5质量较小的原子核聚合成质量较大的原子核就是聚变，也会释放大量的能量作业布置 完成动手动脑学物理第12 题 按要求完成 知识巩固核能同步测试江苏南京 29
11、 中致远校区 殷发金一、选择题1随着电子的发现，人们发现原子是有更小结构的，将人们的视线引入了原子的内部，而且更进一步地驱使人类积极探索原子核的内部组成，某同学在关于原子和原子核的讨论中，总结了下列四种说法：（1）原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的；（2）带负电荷的电子在原子核外空间绕核高速运动；（3）原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里；（4）原子核是由质子和中子组成的，质子的个数一定不等于中子的个数。其中正确的是（ ）A（1）（3） B（1）（2） C（2）（4） D（3）（4）答案：B解析：分子是由原子组成的，原子也是有结构的，原子是由原子核和核外电子组成的，原子核带正电，电
12、子带负电。电子在绕核高速旋转，原子核所带正电荷的数量与电子所带负电荷的数量相等。原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电，原子核中质子数量与中子数量不一定相等，有的相等，有的不等。2关于核能的下列说法中，不正确的是（ ）A核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的B如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会释放出巨大的能量，发生猛烈爆炸C氢弹是利用轻核聚变制成的武器D原子弹是利用轻核聚变和重核裂变而制成的核武器答案：D解析：获得核能的途径有两个：重核裂变和轻核的聚变。裂变是质量较大的原子核被中子撞击后分解为较小的原子核并释放出巨大能量的过程，如果发生链式反应，会迅速的放
13、出大量的能量，发生猛烈的爆炸，这就是原子弹的原理。在裂变中可以通过控制中子的数量来控制反应速度，可控的核裂变可以用于核电站。聚变是质量较小的原子核聚合到一起变成较大的原子核，并放出巨大的能量的过程，因现阶段还没有找到控制聚变速度的方法，所以聚变主要用于氢弹，找到控制轻核聚变速度的方法是解决未来能源的一个重要途径。3关于核能的获得，下列说法中正确的是（ ）A核反应堆是原子核裂变时，在极短时间内释放出大量核能的装置B当原子核内部发生变化时会释放出巨大的能量，现阶段可以利用核裂变和核聚变发电C核电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电能的装置D目前，在核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变答案
14、：C解析：核能的获得有两种途径：裂变和聚变。裂变和聚变的过程都比较剧烈，利用中子去撞击铀 235 时，铀核为裂变成两个质量较小的原子核，并释放出中子，发生了链式反应，释放出大量的能量。裂变是可以控制的，核反应堆中发生的就是可控核裂变，反应过程较缓慢，可以用于核能发电。核聚变反应很快，现阶段还无法控制其反应速度。4下列关于核能的说法正确的是（ ）A物质是由原子组成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能B到目前为止，人类获得核能有两种途径，即原子核的裂变和聚变C原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的D自然界只有在人为的条件下才会发生裂变答案：B解析：核能是人类近几十年才发现和开始利用
15、的能源，虽然各种物质的原子里都有原子核，但通常情况下并不会释放出能量，只有当原子核发生改变时，即裂变和聚变时才能放出巨大的能量。原子弹是利用重核裂变的原理制成的，当质量较大的原子核分成两个较小的原子核时，会释放出巨大的能量。氢弹利用了轻核聚变原理，两个质量较小的原子核聚合到一起时就会释放出巨大的能量。自然界中除了人为的核聚变和裂变外，原子核在自然界也会裂变和聚变。5如图所示为田湾核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核能的获取途径及能量转化顺序正确的是（ ）A聚变：核能内能化学能电能B聚变：核能内能机械能电能C裂变：核能内能机械能电能D裂变：核能内能化学能电能答案：C解析：本题介绍了利用核能
16、发电的基本流程，核反应堆把核能转化为内能，通过汽轮机把内能转化为机械能，再通过发电机把机械能转化为电能。6如图所示为核电站发电流程示意图。下列关于核能发电的表述中正确的是（ ）A核电站使用的燃料是石油或天然气B核燃料是可再生能源C核电站发电过程中把核能直接转化为电能的D核电站产生的核废料不可以像生活垃圾那样处理答案：D解析：核电站是利用核能发电的，它使用的燃料是核燃料，通过原子核的裂变释放出能量。但核电站并不是把核能直接转化为电能的，中间还要经过内能和机械能。核反应堆把核能转化为内能，再通过汽轮机转化为机械能，汽轮机带动发电机发电，把机械能转化为电能。核电站会产生核废料，它不能像普通的生活垃圾
17、那样处理，因为核废料中含有大量的放射性物质，所以核废料一般是运到人烟稀少的地方进行深埋。7关于核电站的叙述中不正确的是（ ）A特别适合于缺少化石能源的地区 B可以减少燃料运输量C核电站存在核泄漏的危险，所以应禁止修建核电站D需要保护措施答案：C解析：核电站是利用核能发电的，核能的能量密度很大，只要较小质量的核原料就能放出巨大的能量。一座一百万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨，核电站适合于缺少化石能源的地区，同时还可以减少燃料运输量。核电站使用的核燃料具有放射性，对人和生物体会产生危害，所以在建造核电站时要建立完善的安全措施，防止核泄漏，只要建立完善、有效
18、的安全机制，核能还是一个清洁环保的能源，我们要辩证的看待核能的优点和缺点。8下列关于原子和原子核的说法中，正确的是（ ）A原子是由原子核和核外电子组成的B所有原子内部的质子数和电子所带的电荷数不相等C原子核由中子和电子组成D所有原子都由电子、质子和中子组成答案：A解析：分子是由原子组成的，原子又是由原子核和核外电子组成的，原子核占了原子的绝大部分质量，但体积很小。原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电，但并不是所有的原子核都有中子，如氢原子就没有中子。电子带负电，原子核带正电，原子对外不显电性是因为原子核所带正电荷数量等于电子所带负电荷数量。二、填空题9如图是用来说明原子内部结构的
19、示意图，由图可知，原子由_和_组成，原子核由中子和_组成。答案：原子核 电子 质子解析：原子也是有结构的，原子是由原子核和核外电子组成的，原子核也是可分的，原子核是由质子和中子组成的。质子和中子还可以再分，它是由更小的夸克组成的。10经过科学家的不懈努力，找到了获取核能的两条途径：_和_。现阶段已经利用人工控制的方法释放核能的是_，利用核能发电的电站叫_。答案：裂变 聚变 裂变 核电站解析：当原子核发生改变时会释放出能量，这就是核能。获得核能有两种途径：裂变和聚变。质量较大的原子核会裂变成两个或多个质量较小的原子核，同时会释放出大量的能量，这就是核裂变。质量较小的原子核会聚合成一个原子核，也会
20、释放出大量的能量，这就是聚变。现阶段人类已经掌握了控制核裂变速度的方法，可以让核能缓慢释放，用于发电。现在还无法控制核裂变的速度，无法为人类的生产生活提供服务，但可控制的核聚变是未来能源的一个发展方向。11原子弹爆炸利用_在极短的时间内放出巨大的能量，氢弹是利用_释放出核能。（选填“核聚变”或“核裂变”）答案：核聚变 核裂变解析：原子弹和氢弹都是核能的利用，都是让核能在短时间内放出巨大的能量，不需要控制反应速度。原子弹是利用核裂变时放出能量；而氢弹是利用了核聚变。12核电站是利用_发电的电站，目前已建的核电站都是利用_反应产生的能量来发电的，核电站的主要组成部分是反应堆、_、_、发电机等。答案
21、：核能 链式 热交换器 蒸汽轮机解析：核电站是利用了核能发电，核反应堆中的核燃料通过可控的链式反应缓慢地把核能转化为内能。通过热交换器把内能传递到蒸汽轮机，使蒸汽轮机转动，把内能转化为机械能，蒸汽轮机再带动发电机发电。13与火力发电相比，核能发电具有以下优点：一是核电站只需消耗很少的_就可以产生_；二是核电站不排放烟尘和_、_等有害气体，对_的污染比火力发电站小得多；三是从长远看，核能发电_。答案：核燃料 电能 二氧化碳 二氧化硫 环境 成本低于火力发电解析：核能是一种新能源，它是利用了原子核发生改变时释放出的巨大能量。质量较小的核燃料可以释放出大量的能量，核电站所需的核燃料相对于火力发电所需要的燃料要少得多。核电站利用的核燃料不对外排放烟尘、二氧化硫造成大气污染，不会排放温室气体二氧化碳。核电站工作时要做好安全防护工作，防止核泄漏对环境造成污染，建设核电站初期投入很大，但从长远来看，后期燃料和维护成本比火力发电低。14如图所示是核电站原理示意图，对目前已建成运转的核电站来说：（1）核电站的核心是_，它是以_（铀/氢）为核燃料的，是利用原子核_放出的能量来发电的。（2）在核电站里，能量的转化过程是：反应堆中消耗_能转化为高温蒸汽的_能，通过汽轮发电机转化为_能。（3）核电站使用过的核废料，它具有_性，会对人和其他生物造成伤害，一般深埋在人烟稀少的地方。
