2016-2017学年高中物理第3章原子核6核聚变7粒子物理学简介(选学)教师用书教科版选修3-5

核聚变粒子物理学简介(选学)学习目标识.核聚变核聚变

知识脉络[先填空][先填空]定义：把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变．热核反应2H＋34He1＋17.60MeV

反应条件

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1 1 2 0②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．(3)优点①轻核聚变产能效率高．②地球上聚变燃料的储量丰富．③轻核聚变更为安全、清洁．3．可控核聚变反应研究的进展究取得重大进展．核聚变的约束方法：磁约束和惯性约束，托卡马克采用的是磁约束方式．核聚变是一种安全，不产生放射性物质、原料成本低的能源，是人类未来能源的希望．恒星演化中的核反应现阶段，供太阳发生核聚变过程的燃料是氢．50[再判断]2 2 4 2 4 6[再判断]核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)[后思考][后思考]核聚变为什么需要几百万度的高温？【提示】是短程力，作用距离在10－15m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库以具有这样大的动能．受控核聚变中磁约束的原理是什么？【提示】动，绕着一个中心不断旋转而不飞散开，达到约束原子核的作用．恒星是如何形成的？它在哪个阶段停留的时间最长？【提示】聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的使物质达到几百万开尔文的高温．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点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．下去．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．核聚变的应用弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．重核裂变轻核聚变放能原重核裂变轻核聚变放能原重核分裂成两个或多个中等质量的原两个轻核结合成质量较大的原子核，放理子核，放出核能出核能放能多聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍少核废料处理难 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得度主要原料是氘，氘在地球上的储量非常核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其原料的 丰富.1L海水中大约有0.03g氘，用于核裂变的铀235在铀矿石中只占蕴藏量 果用来进行热核反应放出的能量约0.7%燃烧300L汽油相当速度比较容易进行人工控制，现在的核可控性 目前，除氢弹以外，人们还不能控制电站都是用核裂变反应释放核能下列关于聚变的说法中正确的是 ( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反D．自然界中不存在天然的热核反应E．轻核聚变易控制，目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能【解析】轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15m，所以必须克服库仑斥力做得，故BC【答案】ABC如图361所示，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidalkameramagnit(磁)的头两个字母以及katushka图361类似线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C．这种装置同我国秦ftD．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行E．这种装置是利用电场来约束带电粒子的【解析】AB正确，EC能，故D【答案】ABD2H)3H)4He)的核反应方程如下：2H＋3H→4He＋1n＋17.6MeV1 1 2 1 1 2 0这个核反应称．要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6MeV是核反应选填“放出”或“吸收”)的能量核反应后生成物的总质量比核反前物质的总质选填“增加”或“减少”)保留一位有效数)．【解析】在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由＝Δm2，可以求得ΔE＝2≈3×10 kg.－29【答案】(1)核聚变(2)放出减少3×10－29核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入＝Δm2进行计粒子物理学简介算.粒子物理学简介[先填空][先填空]基本粒子1897子是组成物质的基本粒子．1932反，它被称为电子的反粒子，正电子也成为了基本粒子．基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类：它们分别是：媒介子、轻子、强子．3．加速器[再判断]速．能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫做对撞机．[再判断]质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(×)质子和反质子的电量相同，电性相反．(√)按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元．(√)回旋加速器加速带电粒子时，高频电源的频率应等于回旋粒子的频率．(√)[后思考][后思考]为什么说基本粒子不基本？【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．198810撞机的工作原理吗？它有什么作用？【提示】对撞机的工作原理是粒子先在同步加速器中加速，然后射入对撞机．在对撞机里两束粒子流反方向回旋，并进一步加速，在轨道交叉的地方相互碰撞．对撞机的出现，大大提高了有效作用能，因此它在高能物质实验中起着日益显著的作用．近年来，在粒子物质中的一系列重大发现和研究成果，几乎都是在对撞机上获得的．新粒子的发现及特点发现时间发现时间1932193719472060K介子与π新粒子反粒子μ超子子质量与相对应的粒子相同而电荷及其基本特点他一些物理性质相比质子的质量小质量介于电子其质量比质子大与核子之间反粒子的分类分类 参与的相互作用 发现的粒子媒介 光子、中间玻色子、胶传递各种相互作用子 子电子、电子中微子、μ轻子 不参与强相互作用 子μ子中微子τ子τ子中微子质子、中子、介子、超强子 参与强相互作用子

备注光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用未发现内部结构强子有内部结构，由可分为介子和重子夸克的分类夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的2133两点提醒质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ力的性质决定了它属于轻子．即同时消失而转化成其他的粒子．关于粒子，下列说法正确的( )A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒B．强子中也有不带电的粒子C．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E．超子的质量比质子的质量还大A错误，2 ee3 3误，D正确，超子属于强子，其质量比质子质量还大些，E正确．【答案】BDEβ在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中1H的核反应，间接地证实了中微子的存在.1【导学号：11010053】1H1n)0e1 0 1 1 00e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别．1上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即0e＋0e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应1 －1中产生的每个光子的能量约正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，因是什么？【解析】(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0