高中物理 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙课件2 新人教版选修3-5

1、78核聚变粒子和宇宙核聚变粒子和宇宙学 基础导学1核聚变核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量定义：两个轻核结合成质量_核，轻核聚变核，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫必须在高温下进行，因此又叫_(2)能量变化：轻核聚变后，比结合能能量变化：轻核聚变后，比结合能_，反应中，反应中会会_能量能量一、核聚变一、核聚变较大的较大的热核反应热核反应增加增加释放释放1015m动能动能2受控热核反应受控热核反应(1)聚变与裂变相比有很多优点：聚变与裂变相比有很多优点：轻核聚变轻核聚变_；地球上聚变燃料的储量地球上聚变燃料的储量_；轻核聚变更为轻核聚变更为_(2)约束核聚变材料的方法：约束核聚变材料的方法：

2、_和和_产能效率高产能效率高丰富丰富安全、清洁安全、清洁磁约束磁约束惯性约束惯性约束1“基本粒子基本粒子”不基本不基本“基本粒子基本粒子”：直到：直到19世纪末，人们认为光子、世纪末，人们认为光子、_、质子、质子、_是是“基本粒子基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由_、_、_组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构因此，有自己的复杂的结构因此，20世纪后半期，就将世纪后半期，就将“基本基本”去去掉，统称掉，统称_二、粒子和宇

3、宙二、粒子和宇宙电子电子中子中子中子中子质子质子电子电子粒子粒子2发现新粒子发现新粒子(1)新粒子：新粒子：1932年发现了年发现了_，1937年发现年发现_，1947年发现年发现K介子和介子和介子及以后的超子、介子及以后的超子、_等等(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：粒子分为三大类：_、_和和_正电子正电子子子反粒子反粒子强子强子轻子轻子媒介子媒介子3夸克模型夸克模型(1)夸克模型的提出：夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由强子的夸克模型，认为强

4、子是由_构成的构成的(3)意义：电子电荷不再是电荷的意义：电子电荷不再是电荷的_，即存在分，即存在分数电荷数电荷夸克夸克 反夸克反夸克 最小单位最小单位4夸克的夸克的“禁闭禁闭”夸克不能以夸克不能以_的状态单个出现，这种性质称为夸克的状态单个出现，这种性质称为夸克的的“禁闭禁闭”5宇宙的演化宇宙的演化自由自由6恒星的演化恒星的演化讲 要点例析 核聚变的特点及其与核裂变的比较核聚变的特点及其与核裂变的比较1 2应用应用(1)核武器核武器氢弹氢弹(2)可控热核反应：目前处于探索阶段可控热核反应：目前处于探索阶段3氢弹氢弹氢弹是一种利用轻核聚变反应，在瞬间放出巨大能量的装氢弹是一种利用轻核聚变反应，

5、在瞬间放出巨大能量的装置由于轻核聚变需要几百万度的高温才能进行，所以先利用置由于轻核聚变需要几百万度的高温才能进行，所以先利用原子弹爆炸达到这样高的温度，在高温高压下，进而使核燃料原子弹爆炸达到这样高的温度，在高温高压下，进而使核燃料发生核反应，原子弹爆炸时产生的高温，可以使其中的轻核发发生核反应，原子弹爆炸时产生的高温，可以使其中的轻核发生如下核反应生如下核反应4轻核聚变与重核聚变的区别轻核聚变与重核聚变的区别反应方式反应方式比较项目比较项目重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变放能原理放能原理重核分裂成两个或多重核分裂成两个或多个中等质量的原子个中等质量的原子核，放出核能核，放出核能两个轻核结合

6、成质两个轻核结合成质量较大的原子核，量较大的原子核，放出核能放出核能放能多少放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大量大约要大34倍倍核废料核废料处理难度处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多多反应方式反应方式比较项目比较项目重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变原料的原料的蕴藏量蕴藏量核裂变燃料铀在地核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤球上储量有限，尤其用于核裂变的铀其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占在铀矿石中只占07%主要原料是氘，氘在地球主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富上的储量非常丰富1

7、L海海水中大约有水中大约有003 g氘，如氘，如果用来进行热核反应，放果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧出的能量约与燃烧300 L汽汽油相当油相当可控性可控性速度比较容易进行速度比较容易进行人工控制，现在的人工控制，现在的核电站都是用裂变核电站都是用裂变反应释放核能反应释放核能目前，除氢弹以外，人们目前，除氢弹以外，人们还不能控制它还不能控制它解析：解析：原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变，做衰变，为为衰变原子序数较大的重核分解成原子序数小衰变原子序数较大的重核分解成原子序数小的原子核，叫做重核裂变，的原子核，叫做重核裂变，为裂变原子

8、序数很小的原子核为裂变原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变，聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变，为聚变故为聚变故正确答案为正确答案为C答案：答案：C11核聚变能是一种具有经济核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源近几年性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源近几年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站一种常见的核聚变反应是技术，最终将建成商用核聚变电站一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘由氢的同位素氘(又叫重氢又叫重氢)和氚和氚(又叫

9、超重氢又叫超重氢)聚合成氦，并释聚合成氦，并释放一个中子若已知氘原子的质量为放一个中子若已知氘原子的质量为2014 1 u，氚原子的质，氚原子的质量为量为3016 0 u，氦原子的质量为，氦原子的质量为4002 6 u，中子的质量为，中子的质量为1008 7 u,1 u1661027 kg(1)写出氘和氚聚变的反应方程；写出氘和氚聚变的反应方程；(2)试计算这个核反应释放出来的能量；试计算这个核反应释放出来的能量；对粒子的认识对粒子的认识1新粒子的发现及特点新粒子的发现及特点发现发现时间时间1932年年1937年年1947年年60年代后年代后新粒子新粒子反粒子反粒子子子K介子介子与与介子介子超

10、子超子基本基本特点特点质量与相对应的质量与相对应的粒子相同而电荷粒子相同而电荷及其他一些物理及其他一些物理性质相反性质相反比质子的比质子的质量小质量小质量介于质量介于电子与质电子与质子之间子之间其质量比其质量比质子大质子大2粒子的分类粒子的分类分类分类参与的相互作用参与的相互作用发现的粒子发现的粒子备注备注强子强子参与强相互参与强相互作用作用质子、中子、介质子、中子、介子、超子子、超子强子有内部结构，强子有内部结构，由由“夸克夸克”粒子构粒子构成的；强子又可分成的；强子又可分为介子和重子为介子和重子轻子轻子不参与强相互作不参与强相互作用用电子、电子中微电子、电子中微子、子、子、子、子中子中微子

11、、微子、子、子、子子中微子中微子未发现内部结构未发现内部结构媒介媒介子子传递各种相互作传递各种相互作用用光子、中间玻色光子、中间玻色子、胶子子、胶子光子、玻色子、胶光子、玻色子、胶子分别传递电磁、子分别传递电磁、弱、强相互作用弱、强相互作用根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是形成之初是“粒子家族粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是最早产生的粒子是()A夸克、轻子、胶子等粒子夸克、轻子、胶子等粒子B质子和中子等强子质子和中子等强子C光子、中微子和电子等轻子光子、中微子和电子等轻子D氢核、氘核、氦核等轻核氢核、氘核

12、、氦核等轻核解析：解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，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，再之后是自由光子、中之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，最后形成恒星和星系，B、C、D的产生都在的产生都在A之后，因此之后，因此A正正确确答案：答案：A21关于粒子，下列说法正确关于粒子，下列说法正确的是

13、的是()A电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子粒子B强子都是带电的粒子强子都是带电的粒子C夸克模型是探究三大类粒子结构的理论夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位答案：答案：D练 随堂演练1关于聚变，以下说法正确的是关于聚变，以下说法正确的是()A两个轻核聚变为中等质量的核时放出能量两个轻核聚变为中等质量的核时放出能量B同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍物质裂变时释放的能量

14、大好多倍C聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D发生聚变反应时的核必须有足够大的动能发生聚变反应时的核必须有足够大的动能解析：解析：两个轻核聚合为质量较大的核就可释放能量，但两个轻核聚合为质量较大的核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故其生成物不是中等质量的核，故A错误；聚变反应放出的能量错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，由聚变反应的特比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，由聚变反应的特点知，点知，B正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的

15、条件是原子核间距达到积，而聚变反应的条件是原子核间距达到1015 m，故要求有，故要求有足够大的动能克服核间的库仑斥力，故足够大的动能克服核间的库仑斥力，故C错，错，D正确正确答案：答案：BD答案：答案：AC解析：解析：“两弹两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，是铀核裂变，B选项正确氢弹的核反应方程是轻核聚变，选项正确氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确选项正确答案：答案：BD4重核的裂变和轻核的聚变是人类和平利用原子核能的重核的裂变和轻核的聚变是人类和平利用原子核能的两种主要方法，下面关于裂变和聚变的说法中正确的是两种主要方法，下面关于裂变

16、和聚变的说法中正确的是()A裂变和聚变过程都有质量亏损裂变和聚变过程都有质量亏损B裂变过程有质量亏损、聚变过程质量有所增加裂变过程有质量亏损、聚变过程质量有所增加C裂变过程质量有所增加，聚变过程质量有所减小裂变过程质量有所增加，聚变过程质量有所减小D裂变和聚变过程质量都有所增加裂变和聚变过程质量都有所增加解析：解析：核反应过程中释放能量，质量必定减小；吸收能核反应过程中释放能量，质量必定减小；吸收能量，质量必定增加，并不是所有的核反应质量都减小裂变和量，质量必定增加，并不是所有的核反应质量都减小裂变和聚变是两种核反应方式，是人类和平利用核能的主要方法聚变是两种核反应方式，是人类和平利用核能的主

17、要方法答案：答案：A答案：答案：B6由图可得出结论由图可得出结论()A质子和中子的质量之和小于氘核的质量质子和中子的质量之和小于氘核的质量B质子和中子的质量之和等于氘核的质量质子和中子的质量之和等于氘核的质量C氘核分解为质子和中子时要吸收能量氘核分解为质子和中子时要吸收能量D质子和中子结合成氘核时要吸收能量质子和中子结合成氘核时要吸收能量解析：解析：由图可以看出，氘核在分解为质子和中子时吸收由图可以看出，氘核在分解为质子和中子时吸收了了223 MeV的光子反之放出能量，所以的光子反之放出能量，所以C是正确的，是正确的，D错错误；由质能关系可知质子和中子的质量之和大于氘核的质量，误；由质能关系可知质子和中子的质量之和大于氘核的质量，故故A，B错误错误答案：答案：C解析：解析：根据核反应过程所遵循的质量数守恒和电荷数守根据核反应过程所遵循的质量数守恒和电荷数守恒得恒得2kd6,4kd212，联立解得，联立解得k2，d2，故选项，故选项B正确正确答案：答案：B解析：解析：2 g氘含有的原子核个数