师：同学们，今天我们来学习高二粤教版选择性必修三第五章第五节裂变和聚变。本节课有三个学习目标：一、了解重核的裂变和轻核的聚变，掌握链式反应，学会用物理模型分析问题；二、认识可控热核聚变反应，以及核技术应用对人类生活和社会发展的影响；三、了解人类探索粒子的历程，感受科学家的责任担当。
本节课学习内容有三方面：一、核裂变及链式反应；二、核聚变即受控热核反应；三、核能的利用。
原子核蕴藏着巨大能量，如何让其释放造福人类呢？首先要掌握原子核的特点和一般规律。元素周期表按原子核内质子数排列，前面元素质量数小，称为轻核。一般氢核的中子数等于质子数，比如氦的同位素氦 - 4，原子核内有两个质子和两个中子；硅 - 28 原子核内有 14 个质子和 14 个中子。
周期表后面元素质量数大，称为重核。重核的中子数一般多于质子数，比如金 - 197，质子数是 79，中子数是 118；铀 - 238，质子数 92，中子数 146 。物理学家发现，元素周期表 83 号元素铋之后的原子核不稳定，会自发裂变或衰变成更轻的原子核。92 号元素铀之后的原子核十分不稳定，很难自然存在，比如 94 号元素钚是人工制造的，主要用于核武器，目前自然界中未发现。
原子核的比结合能大小决定其稳定性。之前学习过比结合能随质量数变化的曲线，从中可看出，中等质量核范围内，比结合能较大，说明中等质量的原子核很稳定；轻核和重核范围内比结合能较小，表明轻核和重核的原子核更不稳定。从图像可知，重核向中等质量核方向反应会释放能量，轻核向中等质量核方向反应也会释放能量，而中等质量核向重核方向反应会吸收能量。像重核分裂成两个中等质量核的反应，叫做重核的裂变。
什么是核裂变呢？在核物理中，重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程，叫做核裂变。裂变中最典型的是铀核的裂变。1938 年，德国物理学家哈恩与助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，首次发现铀核裂变。铀核裂变产物多种多样，比如可生成氙和锶，也可生成钡和氪，还可生成锑和铌。下面介绍铀核裂变的一个典型方程：铀 - 235 俘获一个中子，生成钡 - 144、氪 - 89，同时释放出 3 个中子。这个核反应方程可用图片形象表示：中子打入铀核 U - 235 中，形成复核 U - 236，复核 U - 236 不稳定，会分裂成两个中等质量的核，同时释放出三个中子。铀核裂变能释放能量，单个铀核裂变释放能量微不足道，但物质中原子核数目巨大，单位质量铀核释放能量惊人。
从铀核裂变方程可知，铀核俘获一个中子后生成三个中子。若这 3 个中子再被铀核俘获发生核裂变，会生成 9 个中子；9 个中子再被铀核俘获裂变，会生成 27 个中子，以此类推。这种铀核裂变呈指数幂形式爆发，就像树枝分叉，我们把这种核裂变叫链式反应。当一个中子引起重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能持续不断，这样的核裂变就是链式反应。通过一段视频可更好理解链式反应：将 1000 个乒乓球放在老鼠夹上，第一个乒乓球弹出触及周围乒乓球，产生连锁反应，这里老鼠夹当作中子，乒乓球当作原子，中子撞击原子形成链式反应，此实验模拟原子核裂变反应。
值得注意的是，天然铀中主要有两种同位素，铀 - 238 含量 99.3%，铀 - 235 含量 0.7%。这两种铀同位素与中子作用不同，U - 235 可俘获各种能量的中子发生核裂变，而 U - 238 只能俘获能量大于 1 兆电子伏的中子才发生核裂变。若能量低于 1 兆电子伏的中子与铀 - 238 作用，只能看作弹性碰撞，不引发核反应。所以，为使裂变链式反应易发生，应提高 U - 235 的浓度。
铀块体积也是影响核裂变的重要因素。原子核很小，若铀块体积不够大，中子穿过时可能碰不到原子核就从另一侧穿出。这说明链式反应发生需要铀块有最小体积，叫临界体积。只有铀块体积大于或等于临界体积，中子打入才能引发链式反应。一旦链式反应启动，极短时间内会释放大量能量并猛烈爆炸，原子弹就是据此原理制成。老一辈科学家为我国核工业发展奉献巨大，钱三强被称为中国原子能科学之父。1947 年他在实验中发现铀核可分裂成三部分和四部分。20 世纪 50 年代，他领导建成中国第一个重水型原子反应堆和第一台回旋加速器，组织联合攻关，为我国第一颗原子弹和氢弹研制成功作出重要贡献。下面观看我国第一颗原子弹爆炸的珍贵历史资料。
（播放资料：543，2，1。起爆。火球凌空，蘑菇云腾空而起。）