Урок физики в 11 классе "Ядерная энергетика"
план-конспект урока (физика, 11 класс) по теме

Ядерная энергетика.

Цель урока: повторить и обобщить знания по теме -  физика атомного ядра. Объяснить устройство и принцип действия ядерных энергетических установок. Показать положительные и отрицательные стороны использования атомной энергетики

Задачи урока:

• Образовательные:

• обобщить и систематизировать знания учащихся о ядерных реакциях;
• познакомить учащихся с возможностями использования ядерной энергии;
• оценить положительные и отрицательные стороны использования ядерной энергии;
• стимулировать у учащихся интерес к поискам дополнительной  информации;

• Воспитательные:

• сформировать мировоззренческие идеи, связанные с угрозой человечеству при использовании   ядерной энергии;
• воспитывать стремление к овладению знаниями, к поиску интересных фактов;

• Развивающие:

• развивать интерес к предмету;
• развивать умение, отбирать необходимые знания из большого объёма информации, умение  обобщать факты, делать выводы;
• совершенствовать навыки самостоятельной работы.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, справочные таблицы, периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева, материалы теста.

ХОД УРОКА

1. Организационный этап, время- 1мин.

2. Повторение. Фронтальный опрос и тестирование учащихся.

Учитель:. Мы завершаем изучение теории атомного ядра. Поэтому начать урок я хочу словами Э. Резерфорда, человека, который помог человечеству заглянуть внутрь атома: «Так не бывает, чтобы экспериментаторы вели свои поиски ради открытия нового источника энергии или ради получения редких и дорогих элементов. Истинная побудительная причина лежит глубже и связана с захватывающей увлекательностью проникновения в одну из величайших тайн природы». В конце 19, начале 20 веков были сделаны открытия, которые дали возможность науке и технике шагнуть далеко вперёд, положили начало развитию атомной и ядерной физики

Чтобы повторить основные вопросы   строения атома и атомного ядра проведем тестирование. За каждую решенную задачу учащийся получает 1 балл.  Выдается таблица Д.И.Менделеева.

Тест по теме «Строение атома и атомного ядра».  Время- 10 мин.

Вариант I

1. Кто предложил ядерную модель строения атома?

А. Беккерель. Б. Гейзенберг. В. Томсон. Г. Резерфорд.

2. Атом лития 37Li содержит...

A. 4 протона, 7 нейтронов и 3 электрона. Б. 10 протонов, 7 нейтронов и 3 электрона.

B. 3. протона, 10 нейтронов и 3 электрона Г. 3 протона, 4 нейтрона и 3 электрона.

3. В каких из следующих реакций нарушен закон сохранения заряда?


A. 815O?11H+814О B. 23He +23He?24He+11H+11H

Б. 36Li+11H?24He+23He Г. 37Li +24He?510B+01n


4. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Между какими парами частиц внутри ядра действуют ядерные силы?

А. Протон - протон. Б. Протон - нейтрон. В. Нейтрон - нейтрон. Г. Во всех парах А - В.


5. Определить второй продукт х в ядерной реакции:

А. Альфа-частица. Б. Нейтрон. В. Протон. Г. Электрон.

6. Рассчитать Δт (дефект масс) ядра атома 37Li (в а.е.м.).
тр =1,00728; тп =1,00866; тя =7,01601.

А. Δт = 0,04. Б. Δт = -0,04. В. Δт = 0. Г. Δт = 0,2.


7. При альфа-распаде атомных ядер...

A. Масса ядра остаётся практически неизменной, поэтому массовое число сохраняется, а заряд увеличивается на единицу.

Б. Массовое число увеличивается на 4, а заряд остается неизменным.

B. Массовое число уменьшается на 4, а заряд увеличивается на.2.
Г. Массовое число уменьшается на 4, а заряд также уменьшается на 2.

8. При бомбардировке изотопа 510B нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается альфа-частица. Пользуясь законами
сохранения массового числа и заряда, а также периодической системой элементов, запишите ядерную реакцию.


Вариант II

1. С помощью опытов Резерфорд установил, что...

A. Положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома.

Б. Положительный заряд сосредоточен в центре атома и занимает очень малый объем.

B. В состав атома, входят электроны.

Г. Атом не имеет внутренней структуры.

2. Сколько электронов содержится в электронной оболочке
нейтрального атома, в атомном ядре которого содержится 16 протонов и 15 нейтронов?

А. 0 Б. 16 В. 15 Г. 31.

3. В каком из приведенных ниже уравнений ядерных реакций
нарушен закон сохранения массового числа?

А. 49Be +24He?612C+01n В. 715N +11H?511B+24He

Б. 714N +24He?817O+11H Г. 92239U ?93239Np+-10e

4. Ядерные силы, действующие между нуклонами…

A. Во много раз превосходят гравитационные силы и действуют между заряженными частицами.

Б. Во много раз превосходят все виды сил и действуют на любых расстояниях.

B. Во много раз превосходят все другие виды сил, но действуют только на расстояниях, сравнимых с размерами ядра.

Г. Во много раз превосходят гравитационные силы и действуют между любыми частицами.

5. В каком приборе прохождение ионизирующей частицы регистрируется по возникновению импульса электрического тока в результате возникновения самостоятельного разряда в газе?

А. В камере Вильсона. Б. В счетчике Гейгера.

В. В сцинтилляционном счетчике. Г. В пузырьковой камере.

6. Определите второй продукт x ядерной реакции:

1327Al +24He?1530P+x

А. Альфа-частица (24He). В. Протон.

Б. Нейтрон. Г.Электрон.


7. Все химические элементы существуют в виде двух или большего количества изотопов. Определите отличие в составе ядер 1020Ne и 1022Ne.

A. Изотоп 1020Ne имеет в ядре на 2 протона меньше, чем 1022Ne.
Б. Изотоп 1020Ne имеет в ядре на 2 протона больше, чем 1022Ne.

B. Изотоп 1022Ne имеет в ядре на 2 нейтрона больше, чем 1020Ne.
Г. Изотоп 1022Ne имеет в ядре на 2 нейтрона меньше, чем 1020Ne.


8. Пользуясь законом сохранения массового числа и заряда, а также периодической системой элементов, написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке 511B α-частицами и сопровождаемую выбиванием нейтронов.

Фронтальный опрос. Проверяется усвоение пройденного материала по теме «Строение атомного ядра и ядерные реакции».( в быстром темпе) За каждый ответ учащийся получает 1 балл. Время- 6 мин.

- Что общего у протонов и нейтронов? Чем они отличаются друг от друга?

- Что такое изотопы?

- Каковы основные свойства ядерных сил?

- Что такое – радиоактивность? Кто открыл это явление?

- Из каких частиц состоит атомное ядро?

- Какие частицы вылетают из ядра при радиоактивном распаде?

– Что такое ядерные реакции?      
– Что такое энергия связи атомного ядра?
– Что такое удельная энергия связи?
– Почему нейтрон используют для осуществления ядерных реакций тяжелых ядер?

- Что такое  реакции синтеза? Почему их называют «термоядерными»?

- Что такое «реакции деления»? Приведите пример реакции деления.

3. Объяснение нового материала.Время-25мин( 4 презентации учащихся +комментарии учителя)

Учитель: сообщает основные сведения по темам :  цепная  реакция деления , условия осуществления управляемой цепной ядерной реакции и  продолжает: ядерные реакции сопровождаются освобождением огромной энергии. Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии.- это реакция деления ядер и, второй, реакция термоядерного  синтеза .

Ученик 1: Презентация ученика на тему: «Термоядерная реакция и ее использование в энергетике»
Комментарии  учителя по теме презентации  ученика 1.

Осуществление управляемых термоядерных реакций даст человечеству новый экологически чистый и практически неисчерпаемый источник энергии. Однако получение сверхвысоких температур и удержание плазмы, нагретой до миллиарда градусов, представляет собой труднейшую научно-техническую задачу на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза. Сейчас ведутся работы в Европе по запуску установки ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками). Ученые всего мира надеются на успех.
Но основной интерес для ядерной энергетики представляет деление тяжелых ядер

Ученик 2: Презентация ученика на тему: «Устройство и принцип действия ядерного реактора.».

 Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова. Это явилось началом эпохи «мирного» атома.

Рис. 1  Принципиальная схема ядерного реактора. Скриншот презентации учащегося.

Комментарий учителя: В России имеется 10 атомных электростанций (АЭС), и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. В 30-километровой зоне этих АЭС проживает более 4 млн. человек.

Наиболее мощные АЭС в мире в основном сосредоточены в Европе. Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.
Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности.   А в 1986 г произошла трагедия, последствия которой до сих пор, наводят ужас на мировую общественность – это катастрофа на Чернобыльской АЭС (СССР.  В результате взрыва четвертого блока ЧАЭС в окружающую среду попало около 7,4 тонн радиоактивного вещества. В первые недели основную опасность для населения представляло внешнее  гамма-излучение и наличие изотопа йода-131 в атмосфере. Действительно, данные  изотопного анализа первых проб воздуха, воды и почвы, отобранных в первые дни после аварии, показали, что кроме этого обнаружены изотопы бария-140, лантана-140, цезия-137, церия-134, рутения-103, циркония-95, теллура-132, церия-141, нептуния-239; а в ближайшей зоне, например, в зоне отселения – изотопы стронция-90, плутония-239 и плутония-240.  Союзный Госкоматом еще в 1987 году сравнил катастрофу на Припяти со взрывом 300 хиросимских бомб. Иностранные специалисты назвали другую цифру – 800 бомб. Не стоит спорить, кто из них прав.

Считается, что при радиационном уровне свыше 15 Кюри на квадратный километр жизнь человека невозможна. Территория, прилегающая к АЭС заражена от 15 до 1200 Кюри/км2. Причем эта совсем не та радиация, которая поразила жителей гг. Хиросимы и Нагасаки. В богатых пойменных лугах, лесных массивах, заброшенных деревнях зловеще притаились долгоживущие радионуклиды – стронций, цезий, плутоний. Жизнь сюда не вернется ни через 100, ни через 500, а на отдельных участках – ни через 1000 лет., насколько была и остается опасной  радиация для человека?

 Следствие радиационного облучения – лучевая болезнь. В результате аварии на ЧАЭС высокую дозу облучения получили 20 млн. человек.
Таким образом, авария реактора Чернобыльской АЭС ярко высветила значимость проблемы не только в практическом, но и в методологическом отношении.

 В связи с этим надо отметить неизбежность существования факторов опасности ядерных реакторов, и они достаточно многочисленны.

Выступление ученика 3. Презентация на тему «факторы опасности при работе ядерных реакторов» В работе отмечено, что:

• Возможна  авария с разгоном реактора. При этом вследствие сильнейшего тепловыделения может произойти расплавление активной зоны реактора и попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. Если в реакторе имеется вода, то в случае такой аварии она будет разлагаться на водород и кислород, что приведет к взрыву гремучего газа в реакторе и достаточно серьезному разрушению не только реактора, но и всего энергоблока с радиоактивным заражением местности. Аварии с разгоном реактора можно предотвратить, применив специальные технологии конструкции реакторов, систем защиты, подготовки персонала.
• Имеют место радиоактивные выбросы в окружающую среду. Их количество и характер зависит от конструкции реактора и качества его сборки и эксплуатации. . Очистные сооружения могут уменьшить их. Впрочем, у атомной станции, работающей в нормальном режиме, эти выбросы меньше, чем, скажем, у угольной станции, так как в угле тоже содержатся радиоактивные вещества, и при его сгорании они выходят в атмосферу.
• Необходимо производить  захоронения отработавших  реакторов . На сегодняшний день эта проблема не решена, хотя есть много разработок в этой области.
• Имеет место радиоактивное облучение персонала. Его можно предотвратить или уменьшить применением соответствующих мер радиационной безопасности в процессе эксплуатации атомной станции.
• Ядерный взрыв ни в одном реакторе произойти в принципе не может.

Выступление ученика 4.. Презентация на тему: « Плюсы в применении  ядерных реакторов»  Ставится вопрос:   Каковы положительные аспекты применения ядерных реакторов? Отмечается, что::

• Реализуется широкое и довольно перспективное развитие атомной энергетики и транспорта.  
• АЭС практически не загрязняют среду, а энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и другие) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и другие). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. А так  же для работы АЭС необходимо очень малое по объему и массе количество топлива.
• АЭС не выбрасывают миллионы тонн отходов в виде золы, которые окружают современные электростанции, работающие на угле; они не дают выбросов оксидов серы и азота, угарного и углекислого газов, присущих ТЭС.
• АЭС строятся с многократными дублирующими системами защиты.

Учитель:– Как  можно было бы сделать атомные станции более надёжными и безопасными?
Но  сколько бы ни улучшались системы защиты станций, трудно теперь убедить людей, что аварии невозможны, раз уж они случались.

Возможность аварии на АЭС — самая большая опасность атомной энергетики.

Но существует ещё одна опасность атомной энергетики — радиоактивные отходы. Один из распространённых сейчас способов захоронения радиоактивных отходов — затопление контейнеров с ними в морях и океанах.

Некоторыми учёными был предложен и другой возможный вариант избавления от радиоактивных отходов: различными путями выбрасывать их в ближний или дальний космос — в околоземное или даже околосолнечное пространство. Но загрязнить ещё и космос на многие века пока не решается ни одна страна.

Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положены подземные ядерные взрывы.

– Попробуйте и вы предложить способ захоронения ядерных отходов. Обоснуйте его эффективность и надежность. Это будет вашим домашним заданием.

5. Подведение итогов

Подводя итог сегодняшнему уроку, хочется отметить, что техника и технология нынешнего времени, основанные на новейших достижениях науки, требуют особого, бдительного отношения к себе. Прежде чем их создавать и использовать, нужно просчитать и предвидеть последствия, причем во множестве аспектов (а не в одном!).

С техникой XX и начала XXI века нужно быть на Вы. Проблемы нравственности и ответственности перед Людьми, Миром и Жизнью за научно-технические творения и связанные с ними решения приобретают для деятелей науки и техники, руководителей всех рангов этих отраслей и государства первостепенное значение.

Ныне, каждый должен отчетливо понимать опасность, которая исходит от техники при бездумном, неграмотном или безнравственном отношении с нею.

Учитель: Выставление оценок по уроку.  Шкала оценок : 11 баллов и выше  -  отлично : 9-10 баллов –оценка 4. 6-8 баллов, оценка 3.

6. Домашнее задание: 1) § 27,

 2). . Предложить способ захоронения ядерных отходов

 Литература:

1. Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик , Физика  учебник 11 класс. Изд-во  «МНЕМОЗИМА», 2010
2. Л.Э. Генденштейн, Ю.И.Л.А. Кирик, И.М. Гельгафт, И.Ю. Ненашев ., Физика   11 класс. Задачник.  Изд-во  «МНЕМОЗИМА», 2010г.