教學設計（一）引入新課視頻展示：1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國僅用了兩年零八個月。前蘇聯(lián)用了四年，美國用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過輕核的聚變來實現(xiàn)的。這節(jié)課我們就來研究聚變的問題.學生觀看視頻：學生認真仔細地聽課點評：通過介紹我國第一氫彈爆炸，激發(fā)同學們的愛國熱情。（二）教授新課1．聚變提問：答什么叫輕核的聚變？學生通過閱讀預習課文學生回答：兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的反應叫做聚變。教師給出課件定義提問：請同學們再看看比結合能曲線（圖19.5-3），想一想為什么輕核的聚變反應能夠釋放核能？教師講解比結合能圖像，引領學生得出結論。學生自己得出結論，輕核聚變釋放出能量。教師提問：輕核聚變和重核的裂變反應哪個釋放的能量多呢？學生回答：通過比較反應前后原子核聚變和裂變反應前后質量虧損，可以計算出前后反應釋放的能量，能比較裂變和聚變哪個釋放能量多哪個釋放少。教師課件展示出反應前后的質量，引導學生通過愛因斯坦質能方程計算釋放能量。點評：學生閱讀課本，回答問題，有助于培養(yǎng)學生的自學能力，讓學生計算培養(yǎng)學生動手能力。學生計算釋放出的能量。課件展示：（1）氫的聚變反應：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV（2）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變，其核反應方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的質量：mD=2.014102u、氚核的質量：mT=3.016050u、氦核的質量：mα=4.002603u、中子的質量：mn=1.008665u、1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19C，請同學們求出該核反應所釋放出來的能量。學生計算：根據(jù)質能方程，釋放出的能量為：教師點拔：平均每個核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時平均每個核子釋放的能量約為1MeV。提問：請同學們考慮核聚變發(fā)生的條件和發(fā)生反應的方法？學生閱讀教材，分析思考、歸納總結并分組討論。得出結論條件：參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。方法：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。點評：從條件和方法兩個角度來考慮核聚變的條件，有助于加深理解。教師說強調：聚變反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應持續(xù)進行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。教師補充說明：（1）熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽和很多恒星的內部溫度高達107K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉化為能量的物質是400萬噸?？茖W家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當然，與人類歷史相比，這個時間很長很長！教師：希望同學們課后查閱資料，了解更多的太陽能有關方面的知識及其應用。（2）上世紀四十年代，人們利用核聚變反應制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，氫彈是利用熱核反應制造的一種在規(guī)模殺傷武器，在其中進行的是不可控熱核反應，它的威力是原子彈的十幾倍。提問：氫彈爆炸原理和結構是什么？學生閱讀教材：課本有氫彈原理圖，它需要用原子炸藥來引爆，以獲得熱核反應所需要的高溫，而這些原子炸藥又要用普通炸藥來點燃。課件展示結構圖：氫彈的構造簡介及其爆炸情況。教師提問：同學們除了課本上的方法，還有什么方法可以實現(xiàn)核聚變？課件展示：日英開發(fā)出激光核聚變新方法、有人提出利用電解重水的方法實現(xiàn)低溫核聚變。點評：學生知識面得到擴展，培養(yǎng)了學科興趣，同時，有助于培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，逐步提高學生的歸納總結能力。2．可控熱核反應（1）聚變與裂變相比有很多優(yōu)點提問：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學家們正在努力研究和嘗試可控熱核反應，以使核聚變造福于人類。我國在這方面的研究和實驗也處于世界領先水平。請同學們自學教材，了解聚變與裂變相比有哪些優(yōu)點？總結：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之一，即輕核聚變產(chǎn)能效率高。教師點拔：常見的聚變反應：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV。在這兩個反應中，前一反應的材料是氘，后一反應的材料是氘和氚，而氚又是前一反應的產(chǎn)物，所以氘是實現(xiàn)這兩個反應的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個意義上講，輕核聚變是能源危機的終結者。總結：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之二，即地球上聚變燃料的儲量豐富。如1L海水中大約有0.03g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當于燃燒300L汽油。聚變與裂變相比，優(yōu)點之三，是輕核聚變反應更為安全、清潔。實現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應就自動終止了。另外，氘和氚聚就反應中產(chǎn)生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質子與其他物質反應而生成的放射性物質，比裂就所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。課件展示：三個優(yōu)點（2）我國在可控熱核反應方面的研究和實驗發(fā)展情況。EAST全超導托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標，這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設計制造的EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進入抽真空降溫試驗階段。我國的科學家就率先建成了世界上第一個全超導核聚變“人造太陽”實驗裝置，模擬太陽產(chǎn)生能量。點評：通過了解我國在可控熱核反應方面的成就，激發(fā)學生的愛國熱情和獻身科學的能力。課件展示：人造太陽裝置圖（三）課堂小結本節(jié)主要研究了聚變核反應的特點和條件，聚變反應要比裂變反應釋放更多的能量，但它發(fā)生的條件是要達到幾百萬度的高溫，因而聚變反應也叫熱核反應.可控熱核反應的研究和實驗將為人類和平利用核能開發(fā)新的途徑。（四）作業(yè)：完成課后練習學情分析1、學生學習了核裂變和質能轉換方程的知識，對物質和能量之間的轉換有了一定的認識，為學習核聚變奠定了良好的認知基礎。2、高中的學生對物理現(xiàn)象有基本的觀察和分析能力。3、高中學生對物理學習有較強的好奇心，容易激發(fā)求知欲。效果分析本節(jié)課雖然教學要求不高，但卻是開展中學科技教育活動的生動內容。然而課本的編寫，卻限于篇幅等因素的影響，存在正如愛因斯坦所說的問題：“科學結論幾乎是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前，讀者學生體驗不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程也很難達到清楚地解釋全部過程?！痹谡n堂教學過程中，結合內容的講授，以史為鑒，雖著墨不多，卻寓意深遠，本材料正是以此為設計思想的：沿著科學家的足跡，剖析科學家的思維，領略科學家的創(chuàng)造；激發(fā)同學們的興趣，培養(yǎng)同學們的能力，陶冶同學們的情操。教材分析教材的地位和特點：核聚變是選修物理3-5第十九章第七節(jié)的內容，主要介紹了核反應的另一種形式——核聚變。核聚變的學習位于核裂變之后，通過核聚變的學習進一步加深學生對質量能量轉換的認識，進一步了解前沿高端領域的科研發(fā)展。教學重點：聚變核反應的特點。教學難點：聚變反應的條件。教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。評測練習1．把兩個質量較________的原子核結合成質量較________的原子核的過程叫_______________，由于這種反應需要在幾百萬度的高溫下進行，所以也叫_________________。2．輕核聚變與重核裂變相比有更多的優(yōu)點，第一，輕核聚變產(chǎn)能效率較________；第二，地球上核聚變燃料的儲量______________；第三，核聚變更____________、更清潔?？茖W家設想的受控熱核反應有兩種方案：即______________和_______________。3．下列核反應中屬于輕核聚變的是()A．H＋H→He＋nB．Th→Pa+eC．Be+He→C+nD．U→Th+H4．關于輕核聚變，下列說法正確的是()A．兩個輕核聚變?yōu)橹械荣|量的原子核時釋放出能量B．同樣質量的物體發(fā)生聚變時放出的能量比同樣質量的物質裂變時釋放的能量大很多C．聚變反應的條件是聚變物質的體積達到臨界體積D．發(fā)生聚變反應時的原子核必須有足夠大的動能5．關于我國已建成生產(chǎn)的秦山和大亞灣核電站，下列說法正確的是()A．它們都是利用核聚變釋放核能B．它們都是利用核裂變釋放核能C．兩者的核燃料都是純鈾235D．前者是利用核聚變釋放核能，后者是利用核裂變釋放核能6．一個質子和兩個中子聚變成一個氚核，已知質子質量為1.0073u，中子質量為1.0087u，氚核質量為3.0180u，（1）寫出核反應方程；（2）求該反應中釋放的核能。7．四個氫核聚變成一個氦核，同時放出兩個正電子，釋放出2.8×106eV的能量，（1）寫出核反應方程；（2）計算1g氫核完成該反應后釋放的核能。（3）求平均每個核子放出的能量。8.氘核和氚核發(fā)生聚變，放出一個中子和17.6MeV的能量.計算2克氘和3克氚聚變放出的能量，并寫出核反應方程.參考答案:1、小，大，輕核聚變，熱核反應2、高，豐富，安全，磁約束，慣性約束，3、A10、BD4、B5、（1）H＋2n→H（2）6.24MeV（3）2.08MeV6、（1）4H→He＋2e（2）4.2×1029eV7、（1）3，中子（2）（mU－mB－mK－2mn）c2（3）1.1t8、核反應方程：釋放的能量：△E=NE0=6.02×1023×17.6MeV=1.06×1025MeV教學反思一、教師層面：本節(jié)課的設計從學生的認知規(guī)律出發(fā)，通過討論思考主動參與，積極探求，同時擴展學生的知識量，讓學生學習物理知識的過程時，更感受到快樂，培養(yǎng)學生興趣，教學設計以培養(yǎng)興趣為中心，通過掌握的過程，以問題為載體，以能力為目標，讓學生學習能力和知識水平得以提高。二、學生層面：能打破傳統(tǒng)課堂的束傅，在教師引導下，學生能團結合作，大膽討論、積極深入思考，體會到活動過程和思考過程的樂趣，感受到集體智慧的力量。三、活動層面：四人一組的小組討論，可以有效的培養(yǎng)學生團結協(xié)作的精神，同時更體現(xiàn)合作學校的新教學目標，討論過程集中而短暫，更好的提高了課堂效率，通過活動討論，更有助于學生長久的掌握知識。課標分析（一）