高中物理 第19章 原子核 第78节 核聚变粒子和宇宙课件 新人教版选修

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_。 1015 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34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1015m。 (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，k10，d1，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mp1.671027kg，氦核质量m 6.64581027kg，电子质量me9.01031kg，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