Цели урока:
- Формирование понятий ядерный реактор, атомная энергия, поражающие факторы ядерного оружия.
- Развитие познавательного интереса учащихся, развитие навыков самостоятельной работы с научно-технической литературой, энциклопедиями.
Форма проведения урока: мини-конференция.
Подготовка к уроку.
Учащиеся класса предварительно делятся на группы. Группам даётся задание подготовить сообщения о применении атомной энергии.
ХОД УРОКА
1. Вступительное слово учителя.
- Сообщение целей урока и плана проведения.
- Мотивация учебной деятельности.
2. Новое на уроке.
Начать урок мне хочется со слов Э.Резерфорда.
Так не бывает, чтобы экспериментаторы вели свои поиски ради открытия нового источника энергии или ради получения редких или дорогих элементов. Истинная побудительная причина лежит глубже и связана с захватывающей увлекательностью проникновения в одну из величайших тайн природы.
Пытливый ум учёных побуждает на поиск чего-то нового. Они делают открытия для души, ими движет желание проникнуть в тайны природы, а результаты их трудов в дальнейшем используются человечеством. А человечество само решает, как использовать открытие: во благо или во вред, созидать или разрушать.
Степень развития цивилизации сильно зависит от того, как полно используется энергия различных источников. На заре эволюции человечество на протяжении тысячелетий использовало мускульные усилия людей и животных. Применение наклонной плоскости, рычагов, колёс и блоков существенно облегчило физические нагрузки. Следующий этап – использование энергии ветра и падающей воды. XVIII век – время, когда удалось решить вопросы использования внутренней энергии тел. А в первой половине 20 века удалось провести реакции деления ядер тяжёлых элементов при внешнем воздействии. Реакция деления ядер сопровождается выделением значительной энергии.
Напомним, что при делении 1 ядра урана выделяется ~ 200 МэВ энергии.
200 МэВ ~ 3,2 . 10-11Дж.
Но в 1 кг 235 U содержится 2,5 . 1024 атомов. При делении 1 кг 235U выделится 8 . 1013 Дж, этой энергии хватит, чтобы вскипятить 2 000 тонн воды.
Поэтому возникает вопрос нельзя ли использовать эту энергию.
Какое применение ядерной энергии нашло человечество. Как устроен ядерный реактор, как он работает и где применяется.
Ядерный реактор – устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер.
Схема реактора – рис.272.
Ядерное топливо (уран) располагается в активной зоне в виде вертикальных стержней 1 называемых тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). Они предназначены для регулирования мощности реактора. 235 U наиболее эффективно делится под действием медленных нейтронов. Но вторичные нейтроны являются быстрыми, для их замедления в активную зону вводят замедлитель 2 (используется обычная или тяжёлая вода, графит). Для уменьшения утечки нейтронов и увеличения коэффициента размножения активную зону окружают отражателем нейтронов 3.
Управление скоростью цепной реакции осуществляется с помощью передвижения в активной зоне регулирующих стержней 4. Их изготавливают из материалов, сильно поглощающих нейтроны (кадмий, бор). Если увеличить глубину погружения стержней, то в активной зоне цепная реакция ослабевает. Реактор начинает работать, когда регулирующие стержни выдвинуты настолько, что к = 1.
Для защиты персонала предусмотрена радиационная защита 5 (бетон с железным заполнителем и соединениями бора).
Схема ядерного реактора приведена на доске.
– медленный
нейтрон
– быстрый
нейтрон
Ядерный реактор является основным элементом АЭС: тепловая ядерная энергия —> электрическую.
Схема АЭС – стр.376.
При делении ядер стенки ТВЭЛов сильно нагреваются. Отвод тепла из активной зоны осуществляется теплоносителем – водой. Активная зона нагревается до 300°С. Чтобы вода не закипела её отводят в парогенератор (под р = 100 атм). В парогенераторе радиоактивная вода (циркулирующая в первом контуре) отдаёт тепло обычной воде, которая циркулирует во втором контуре. Вода превращается в пар. Этот пар t = 230°С под давлением р = 30 атм направляется на лопатки паровой турбины, а она вращает ротор генератора электрической энергии. Конденсация отработанного пара происходит в конденсаторе.
Ещё раз превращение энергии: тепловая ядерная энергия —> во внутреннюю энергию пара —> электрическую энергию.
Вопросы 5, 6. Приложение 1
При работе АЭС не надо забывать об опасности, которой может грозить атомная энергия.
Сообщение 1. Приложение 2
Доля атомной энергетики в общем объёме используемого электричества в США – 33%, страны Западной Европы – 15%, Франция – 75%, Россия – 13%.
На территории России с 1986 года приостановлено строительство АЭС.
Использование энергии деления ядер очень выгодно: сбережение горючих полезных ископаемых; нет зависимости от нефти, угля, газа; нет гор шлака; атмосферу не загрязняет. Но строительство АЭС требует решения некоторых вопросов.
Сообщение 2. Приложение 3
Вопросы 7, 8. Приложение 1
Ядерные реакторы нашли своё применение на водном транспорте.
Сообщение 3. Приложение 4
Сейчас я бы хотела привести слова ещё одного физика Л.Д. Ландау.
“ Физики оказали человечеству огромную услугу: они изобрели оружие столь страшное, что война стала невозможной: от победителей тоже мокрое место останется”.
Энергия атома может стать причиной катастроф, мы уже говорили сегодня, что атом – разрушитель.
Сообщение 4. Приложение 5
За счёт чего же происходят такие страшные разрушения?
Сообщение 5. Приложение 6
В Японии находится самый страшный памятник человеческой цивилизации – уцелевший обломок стены банка Сумитомо, на котором отпечаталась тень человека, испарившегося во время атомного взрыва.
Вопросы 9, 10. Приложение 1
3. Подведение итогов.
Краткое подведение итогов урока
Д/з: № 86,88 тест по вариантам. Приложение 7
Литература:
- Касьянов В.А., физика – 11-й класс, М.: Дрофа, 2004.
- Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение,1985.
- Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда, 9-й класс, М.: Просвещение, 2001.