Конспект урока для 11 класса "Ядерный реактор. Принцип действия, устройство и назначение"

11 класс

Физика

Тема «Ядерный реактор. Принцип действия, устройство и

назначение»

Цели урока:

Обучающая:

Усвоение новых знаний учащимися, 

Создание условий для нового материала,

Доведение до учащихся принципа действия ядерного реактора.

Развивающая:

Развитие коммуникативных свойств речи

Развитие умений анализировать, сравнивать, строить аналогии

Обобщать и систематизировать, определять и объяснять понятия

Классифицировать и устанавливать причинно-следственные связи

Воспитывающая:

Формирование убеждений

Воспитание определенных качеств личности

Воспитание правильного отношения к общечеловеческим ценностям.

Тип урока: Изучение и первичное запоминание новых знаний и способов деятельности

Форма организации урока: урок-беседа

Дидактическое обеспечение урока: демонстрационная модель ядерного реактора, тестирующее оборудование Activ studio, электронный учебник «Открытая физика. Часть 2», таблица химических элементов Д. И. Менделеева.



ХОД УРОКА

Организационный этап. Приветствие учащихся, работа с журналом, объявление темы, выявление вместе с учащимися целей и задач урока (2 мин).

Актуализация. Проверка и углубление знаний, полученных на прошлых уроках, проходит в игровой форме. Принцип игры: на доске ученики пишут реакцию распада радиоактивного элемента, выходя по очереди к доске (3 α-распада и 2 β-распада изотопа урона ) каждый ученик дописывает только одно звено распада. Участие в игре принимают пять учеников.





В это время остальные учащиеся отвечают устно на вопросы: 

Что такое радиоактивность?

Из чего состоит атом?

Что такое ядерная реакция?

Что такое изотоп?

Какие виды излучений вы знаете? Что они собой представляют?



За правильные ответы ученики набирают баллы. (6 мин)

Формирование новых понятий и способов действия.

На предыдущем этапе мы вспомнили основные явления, понятия и определения, которые будут нам необходимы для изучения нового материала. Явление радиоактивного распада используется для получения ядерной энергии. Сегодня речь пойдет о способах преобразования ядерной энергии с помощью ядерного реактора в другие виды энергии, используемые нами в повседневной жизни. Для работы на уроке у вас имеются поурочные планшеты с кратким планом изучения нового материала, в которых вы можете работать и делать попутные записи.

Вспомним для начала теорию цепной ядерной реакции. Что это такое? На данный момент на планете наиболее распространенным радиоактивным элементом является уран-238. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов. Ядра-осколки испытывают серию последовательных β-распадов, в результате которых число протонов в ядре увеличивается, а число нейтронов уменьшается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро.

Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке (демонстрация слайда).

Изотопом урана-238, или продуктом его распада, является уран-235. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением  с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Явление лавинообразного роста числа деления ядер называется цепной реакцией деления ядер.

Для повышения эффективности ядерной реакции целесообразнее использование в качестве ядерного горючего уран-235 (в составе природного урана-238 содержится 0,7% урана-235, в ядерном горючем до 5%), необходимо замедлить нейтроны, образовавшиеся в результате деления, для создания повышенной вероятности их взаимодействия с ураном-235.  Природный уран-238 не обязательно делится (1 из 5). Замедление производится с помощью замедлителя, в качестве которого используется вода, тяжелая вода (), графит.

Для характеристики протекания ядерной реакции вводят величину, показывающую отношение качества нейтронов  одного поколения к их количеству в предыдущем поколении – коэффициент размножения k.



Если k=1, то число нейтронов постоянно. Реакция протекает стационарно и равномерно. 

Если k>1, то число нейтронов лавинообразно растет, и происходит ядерный взрыв.

Если k<1, то число нейтронов уменьшается, и реакция гаснет.

Устройство. В которым осуществляется управляемая ядерная реакции, называется ядерным реактором.

Вместе учащимися определяем, какие необходимые составные части должен иметь ядерный реактор на медленных нейтронах.

Само место, где происходит ядерная реакция – активная зона.

Замедлитель нейтронов

Регуляторы реакции – стержни, изготовленные из кадмия или бора, котрые хорошо поглощают нейтроны.

Теплоноситель для отвода высвободившейся энергии (водяной пар, тяжелая вода, жидкий натрий)

Защитные оболочки из стали и бетона

Система управления.

На доске демонстрируется работающая модель ядерного реактора. С учениками проанализировать его работу (объяснение у доски).

Историческая справка: 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, первая атомная электростанция была построена в Обнинске в 1954 г. На сегодняшний день на долю США, Франции и Японии приходится 49 процентов всех АЭС мира и 57 ядерная энергетика в США (103 АЭС), Франции (59), Японии (54), России (31) и Великобритании (23). В первую пятерку государств. Которые минимум половину своих потребностей в электроэнергии удовлетворяют за счет АЭС, ныне входят Литва (80 процентов), Франция (76),

Словакия (57), Бельгия (55) и Швеция (51). (20 мин).

Применение знаний. Формирование умений и навыков.

Решение задачи у доски.

Какое количество энергии выделяется в атомных реакторах ледокола, если в сутки расходуется 62 г изотопа урана-235? Вследствие деления одного ядра атома урана выделяется 200МэВ энергии.

Пока один из учеников оформляет задачу, остальные участвует в тестировании.

Контрольное интерактивное тестирование (5 вопросов по изученному материалу). Оценить качества усвоения нового материала. 

При каком значении k работает ядерный реактор?

k<1

k>1

k=1

k=0

Основными элементами ядерного реактора являются: 

Ядерное топливо

Замедлитель нейтронов

Теплоноситель для вывода энергии

Устройство для регулирования скорости реакции

Турбина



Для чего нужны регулирования стержни в реакторе?

Для охлаждения реактора

Для нагревания теплоносителя

Для контроля количества нейтронов 

Для замедления нейтронов

В качестве замедлителей быстрых нейтронов в ядерных реакторах применяются

Графит

Тяжелая вода

Бериллий

Графит, тяжелая вода, бериллий

На основе какого процесса работает ядерный реактор?

Горение бензина

Движение теплоносителя

Управляемая ядерная реакция 

Неуправляемая ядерная реакция

(8 мин)

Этап информации о домашнем задании: §8.9-8.10 упр. 8.10.самостоятельно изучить принцип действия реактора на быстрых нейтронах. (1 мин).

Подведение итогов, выставление оценок (2 мин).

Рефлексия: теперь нам осталось рассмотреть последний вопрос – назначения ядерного реактора. Думаю, каждый из нас хоть раз задавался вопросом о степени необходимости и безопасности использования ядерной энергии. Предлагается провести социологический опрос.  Прошу всех, включая наших уважаемых гостей, проголосовать «за» и «против» по вопросу использования ядерной энергии. Учащихся прошу подтвердить доводами свое мнение по данному вопросу, упомянуть об использовании атомной энергии в мирных целях и затронуть проблемы. Демонстрация слайдов с картинками (4 мин).