普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]

第十九章 原子核新课标要求

1．内容标准

（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。

（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。

例1 了解放射性在医学和农业中的应用。

例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。

（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。

（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。

（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。

（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。

例3 思考核能开发带来的社会问题。

（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。

例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。

2．活动建议：

（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。

（2）观看有关核能利用的录像片。

（3）举办有关核能利用的科普讲座。

新课程学习19．7 核聚变

★新课标要求

用心 爱心 专心

（一）知识与技能

1．了解聚变反应的特点及其条件.

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。（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力

（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，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能而作出自己的努力。

★教学重点聚变核反应的特点。

★教学难点聚变反应的条件。

★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

★课时安排

1 课时

★教学过程（一）引入新课

教师：19xx年x月x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.

学生：学生认真仔细地听课点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。

（二）进行新课1．聚变及其条件提问：请同学们阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？

用心 爱心 专心

学生仔细阅读课文学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。

投影材料一：核聚变发展的历史进程

重核的裂变反应释放更多的核能？［1］提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比让学生了解聚变的发展历史进程。

学生思考并分组讨论、归纳总结。学生回答：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

教师归纳补充：

2

2点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。（1）氢的聚变反应：231 1H+1H→1He+1H+4 MeV、3411H+1H→2He+0n+17.6 MeV

（2）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？

学生阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论。

得出结论微观上：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。

点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件，有助于加深理解。

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。

教师补充说明：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。教师说强调：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（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！

教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。（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？

学生阅读教材：课本图19.7-1是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。

［教师点拨］［录像］氢弹的构造简介及其爆炸情况。根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？

学生回答：日英开发出激光核聚变新方法、有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变。点评：学生自学看书，自己归纳总结，

2．可控热核反应有助于培养学生分析问题、解决问题的能力，逐步提高学生的归纳总结能力。

（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？

投影材料二[2]：可控热核反应发展进程

例：一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是23411H+1H→2He+0n，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。学生计算：根据质能方程，释放出的能量为：220.0186?1.6606?10?27?(3?108)2

?E??mc?(mD?mT?m??mn)c?eV?17.6MeV1.6022?10?19

量约为1MeV。教师点拔：平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能

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。

教师点拔：常见的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4MeV、 21H+31H→42He+10n+17.6 MeV。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，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者。

总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上聚变燃料的储量丰富。如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。聚变与裂变相比，优点之三，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）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。

EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。

（三）课堂小结

本节主要研究了聚变核反应的特点和条件，聚变反应要比裂变反应释放更多的能量，但它发生的条件是要达到几百万度的高温，因而聚变反应也叫热核反应.可控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径。

（四）作业：

完成课后练习

★教学体会

本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容。然而课本的编写，却限于篇幅等因素的影响，存在正如爱因斯坦所说的问题：“科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者学生体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程也很难达到清楚地解释全部过程。”

在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，本材料正是以此为设计思想的：沿着科学家的足迹，剖析科学家的思维，领略科学家的创造；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。

附：

[1]投影材料一

时间

点评：通过了解我国在可控热核反应方面的成就，激发学生的爱国热情和献身科学的能力。 人物 事件

xx年代

19xx年

19xx年阿斯顿 爱丁顿 爱丁顿 指出：中等大小的原子核结合最紧密，核裂变或轻核聚变都会放出能量，核聚变放出的能量比裂变大许多 猜测：太阳的能量来自亚原子粒子的相互作用 指出：太阳总体积具有20xx万度的高温和极高的密度。 19xx年罗素

19xx年贝 特

[2]投影材料二

事件 人物

19xx年科学家们

19xx年卢瑟福

19xx年特勒

19xx年费米

19xx年美国

指出：太阳总体积的60％是氢气，如果太阳的能量真是依靠核反应的话，那么这种核反应只能是氢气的聚变。 证明：太阳的能量确实是靠氢气的聚变来维持的。 事件 在实验室中首次观测到核聚变就是氘的聚变 用氘核去轰击氘靶产生了氚，发现氚聚变温度比氘更低。 在探索制造原子弹的各种途径的讨论中提出了一个可怕的问题。 用氢的同位素氖和氛做燃料，只需五千万度就可以发生核聚变。 原子弹研制成功后，人们立即觉察到，可以利用裂变反应所产生的超高温来实现核聚变反应，这就是氢弹的原理。

第二篇：高中物理学家成就(新课标)

物理学家成就

1. 胡克:英国物理学家,发明了胡克定律(F弹=kx)。

2. 伽利略：意大利著名物理学家，伽利略时代的仪器、设备十分简陋，技术也比较落后，

但伽利略巧妙运用科学的推论，给出了匀速运动的定义，导出S正比于t2并给以实验检验，推断并检验得出，无论物体轻重如何，其自由下落的快慢是相同的，通过斜面实验，推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。

3. 牛顿：英国物理学家，动力学的奠基人，他总结和发展了前人的发现，得出牛顿定律及

万有引力定律，奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。

4. 开普勒：丹麦天文学家，发现了行星运动规律的开普勒三定律，奠定了万有引力定律的

基础。

5. 卡文迪许：英国物理学家，巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。

6. 布朗：英国植物学家，在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现了“布朗运动”。

7. 焦耳：英国物理学家，测定了热功当量J=4.2焦/卡，为能的转化守恒定律的建立提供了

坚实的基础。研究电流通过导体时的发热，得到了焦耳定律。

。8. 开尔文：英国科学家，创立了把-273C作为零度的热力学温标。

9. 库仑：法国科学家，巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用，发现了“库仑定律”。

10. 密立根：美国科学家，利用带电油滴在竖直电场中的平衡，得到了基本电荷e。

11. 欧姆：德国物理学家，在试验研究的基础上，欧姆把电流与水流等比较，从而引入了电

流强度、电运势、电阻等概念，并确定了它们的关系。

12. 奥斯特：丹麦科学家，通过实验发现了电流能产生磁场。

13. 安培：法国科学家，提出了著名的分子电流假说。

14. 汤姆生：英国科学家，研究应阴极线，发现电子，测得了电子的比荷e/m；汤姆生还提

出了“枣糕模型”，在当时能解释一些实验现象。

15. 劳伦斯：美国科学家，发明了“回旋加速器”，使人类在获得高能粒子方面买进了一步。

16. 法拉第：英国科学家，发现了电磁感应，亲手制成了世界上第一台发电机，提出了电磁

场及磁感线、电场线的概念。

17. 楞次：德国科学家，概括实验结果，发表了确定感应电流方向的楞次定律。

18. 麦克斯韦：英国科学家，总结前人研究电磁感应现象的基础上，建立了完整的电磁场理

论。

19. 赫兹：德国科学家，在麦克斯韦预言电磁波存在后二十多年，第一次用实验证实了电磁

波的存在，测得电磁波传播速度等于光速，证实了光是一种电磁波。

20. 惠更斯：荷兰科学家，在对光的研究中，提出了光的波动说，发明了摆钟。

21. 托马斯杨：英国物理学家，首先巧妙而简单的解决了相光源问题，成功地观察到光的干

涉现象。（双孔或双缝干涉）

22. 伦琴：德国物理学家，继英国物理学家赫谢耳发现红外线，德国物理学家里特发现紫外

线后，发现了当高速电子打在管壁上，管壁能发射出X射线—伦琴射线。

23. 普朗克：帝国物理学家，提出量子概念—电磁辐射（含光辐射）的能量是不连续的，E

与频率u成正比，其在热力学方面也有巨大贡献。

24. 爱因斯坦：德籍犹太人，后加入美国籍，20世纪最伟大的科学家，他提出了“光子”理

论及光电效应方程，建立了狭义相对论及广义相对论，提出了“质能方程”。

25. 德布罗意：法国物理学家，提出一切微观粒子都有波粒的现象，提出物质波概念，任何

一种运动的物体都有一种波与之对应。

26. 卢瑟福：英国物理学家，通过a粒子的散射现象，提出原子的核式结构，首先实现了人

工核反应，发现了质子。

27. 玻尔：丹麦物理学家，把普朗克的量子理论应用到原子领域，提出原子的玻尔理论。

28. 查德威克：英国物理学家，从原子核的人工转变实验研究中，发现了种子。

29. 威尔逊：英国物理学家，发明了威尔逊云室以观察α、β、γ射线的径迹。

30. 贝克勒尔：法国物理学家，首次发现了铀的天然放射现象，开始认识原子核结构是复杂

的。

31. 玛丽.居里夫人：法国（波兰）物理学家，是原子物理的先驱者，“镭”的发现者。

32. 约里奥.居里夫妇：法国物理学家，老居里夫妇的女儿女婿，首先发现了用人工核转变的

方法获得放射性同位素。