2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_6

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 选修 3-5 原子核 第十九章 第七节 核聚变 第八节 粒子和宇宙 第十九章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 知道聚变反应的特点 能写出聚变方程并计算聚变能量 了解可控热核反应 知道粒子的分类及其作用 了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化 课堂情景切入 万物生长靠太阳 (如图 )，太阳在我们日常生活中是无可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了 ，那么地球上的一切生物都将随之消失。 你知道太阳的能量来源于什么吗？ 知识自主梳理 核聚 变 1 定 义 轻核结合成 _的原子核的反应叫聚变。 一 质量较大 2 聚 变发 生的条件 要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 _m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要 使它们接近到这种程度，必须克服巨大的 _，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它 们加热到很高的温度，温度高达 _开尔文，因此聚变又叫 _。 10 15 库仑斥力 几百万 热核反应 3 应 用 目前，热核反应主要用在核武器上，那就是 _，需要用 _爆炸产生的高温高压引 发核爆炸。 4 太阳能 太阳的主要成分是 _，太阳中心温度可达 1.5107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地 进行着，太阳能就来自于太阳内部 _释放的核能。 氢弹 原子弹 氢 聚变 1 聚 变 与裂 变 相比有很多 优 点 (1)轻核聚变产能 _； (2)地球上聚变燃料的储量 _； (3)轻核聚变更为 _。 2 聚 变 的 难 点 地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。 受控 热 核反 应 效率高 丰富 安全、清洁 3 控制方法 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 _。 (2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用 _从各个方向照射反应物，使它们 “挤 ”在一起发生反应。 环流器 激光 1 “基本 ”粒子 19世纪末，许多人认为光子、电子、 _和 _是组成物质的不可再分的最基本粒子。 2 发现 新粒子 (1)从 20世纪起科学家陆续发现了 400多种同种类的新粒子，它们不是由 _、 _、 _组成。 (2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着 _的结构。 “基本粒子 ”不基本 质子 中子 质子 中子 电子 复杂 3 探 测 工具 粒子 _和粒子 _是研究粒子物理的主要工具。加速器 探测器 1 新粒子 1932年发现了 _， 1937年发现了 _， 1947年发现了 K介子和 介 子及以后的超子等。 2 粒子的分 类 按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类： _、 _和 _ 。 发现 新粒子 正电子 子 强子 轻子 媒介子 夸克模型 1 宇宙的演化 经历了 _时代 _时代 _时代 10万年之后，随 着温度降低逐步组成 _和星系。 宇宙与恒量的演化 强子 轻子 核合成 恒星 星云团 重点难点突破 3 核聚 变 的特点 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。 (2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。 (3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。 4 轻 核聚 变 与重核裂 变 的区 别 反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出 核能 两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大 3 4倍 核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核 裂变的 235U在铀矿石中只占 0.7% 主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。 1L海水中大约有 0.03g氚，如果用 来进行热核反应放出的能量约与燃烧 300L汽油相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都 是用裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 答案： (1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10 15m。 (2)它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。 二、 对 粒子的 认识 1 发现 新粒子 发现时间 1932年 1937年 1947年 60年代后 新粒子 反粒子 子 K介子与 介子 超子 基本 特点 质量与相对应的粒子相 同而电荷及其他 一些物理性质相 反 比质子的质量小 质量介于电子与质子之 间 其质量比质子大 按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子。 2 粒子的分 类分类 参与的 相互作用 发现的粒子 备注 强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由 “夸克 ”构 成；强子又可分为介子和重 子 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、 子、 子中微子， 子、 子中微子 未发现内部结构 媒介子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传 递电磁、弱、强相互作用 特 别 提醒： 粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所以每种夸克都有对应的反夸克。 (1)为什么现在将 “基本 ”二字去掉， 统称为粒子？ (2)为什么说夸克模型是物理学发展中 的一个重大突破？ 答案： (1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子 、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将 “基本 ”二字去掉，统称为粒子。 (2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 考点题型设计 聚 变 的核反 应 方程 解析： 方程 (1)属于重核裂 变 ，方程 (2)属于 轻 核聚 变 ， 选 项 A错 而 B对 ；由 质 量数和 电 荷数守恒得， k 10， d 1， 选 项 C对 而 D错 。 答案： BC 答案： BD 解析： 本 题 主要考 查 核反 应 方程 问题 ， A中方程 为 人工 转变 方程， A错 。 B为 核聚 变 方程， B正确。 C为 衰 变 方程， C错 。 D为 原子核的人工 转变 方程， D正确，正确答案 B、 D。 核聚 变 反 应 的能量 问题 (2)已知质子质量 mp 1.6710 27kg，氦核质量 m 6.645810 27kg，电子质 量 me 9.010 31kg，光速 c 3.0108m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。 (3)根据题目中数据计算太阳 1秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？ 粒子与宇宙 解析： 宇宙形成之初 产 生了夸克、 轻 子和胶子等粒子，之 后又 经历 了 质 子和中子等 强 子 时 代