高中物理 197.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修35.ppt

7核聚变8粒子和宇宙 1 知道聚变和聚变反应的特点 2 能写出聚变方程并计算聚变释放的能量 3 了解受控热核反应 4 了解组成物质的粒子 5 知道粒子的分类及其作用 6 了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化 一 核聚变 定义 两个轻核结合成质量的核 会释放出 这个核反应叫做 聚变典例 17 6mev 核反应条件 必须使它们的距离达到以内 使核具有足够的 这要克服强大的 需要加热到很高的 这种反应又叫 较大 能量 聚变 10 15m 动能 库仑斥力 温度 热核反应 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能的能量 热核反应一旦发生 不再需要外界给它能量 靠就会使反应继续下去 应用 放出更多 自身产生的热 可控热核反应 氢弹 二 受控热核反应 聚变与裂变相比有很多优点 1 轻核聚变 2 地球上聚变燃料的储量 3 轻核聚变更为 约束核聚变材料的方法 和惯性约束 产能效率高 丰富 安全 磁约束 三 粒子和宇宙 基本粒子 不基本 1 直到19世纪末 人们称光子 电子 是基本粒子 2 随着科学发展 人类发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的 并发现质子 中子等本身也有复杂结构 质子 中子 发现新粒子 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 正电子 子 强子 轻子 媒介子 夸克模型 1 夸克模型的提出 1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型 认为强子是由构成的 2 分类 上夸克 下夸克 奇异夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 它们带的电荷量分别为元电荷的或 每种夸克都有对应的 3 意义 电子电荷不再是电荷的 即存在分数电荷 夸克 反夸克 最小单位 四 宇宙及恒星的演化 宇宙的演化 一 核聚变的发生条件及特点 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斥力作用 要求使轻核具有足够大的动能 要使原子核具有足够大的动能 就要给它们加热 使物质达到几百万开尔文的高温 应用 1 核武器 氢弹 2 可控热核反应 目前处于探索阶段 轻核聚变与重核裂变的区别 二 对粒子的认识 粒子的分类 对核聚变的理解及其核反应方程 典例1 以下说法正确的是 a 聚变是裂变的逆反应b 如果裂变释放能量 则聚变反应必定吸收能量c 聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温 显然是吸收能量d 裂变与聚变均可释放巨大的能量 解析a选项从形式上看 裂变与聚变似乎是互为逆反应 但其实不然 因为二者的反应物和生成物完全不同 裂变是重核分裂成中等核 而聚变则是轻核聚合成为次轻核 无直接关联 并非互为逆反应 b选项既然裂变与聚变不是互为逆反应 则在能量流向上也不必相反 c选项要实现聚变反应 必须使参加反应的轻核充分接近 需要数百万开尔文的高温提供能量 但聚变反应一旦实现 所释放的能量远大于所吸收的能量 因此 总的来说 聚变反应还是释放能量 答案d 答案ac 核反应类型的判断 解析a选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核 是聚变反应 故a选项正确 b选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个 或更多 中等质量的核 并放出几个中子 是裂变反应 故b选项正确 在c选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了 粒子 是 衰变 c选项是正确的 而d应是 衰变 不正确 故答案为d 答案d 借题发挥主要核反应类型有 1 衰变 衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出 或 粒子 2 人工转变 人工转变常用 粒子 也可用中子等 轰击原子核 该核捕获 粒子后产生新原子核 并放出一个或几个粒子 3 核裂变 核裂变时铀核捕获中子裂变为两个 或更多 中等质量的核 并放出几个中子 4 核聚变 轻核聚变时也会放出中子 解析本题考查了核反应的相关知识 意在考查考生对天然放射现象 重核裂变 轻核聚变 原子核的人工转变等相关知识的记忆及分析判断能力 选项a d为原子核的人工转变 选项b为轻核聚变 选项c为原子核的衰变 故选项b d正确 答案bd 计算核聚变释放的能量 典例3 一个质子和两个中子聚变为一个氚核 已知质子质量mh 1 0073u 中子质量mn 1 0087u 氚核质量mt 3 0180u 求 1 写出聚变方程 2 释放出的核能多大 3 平均每个核子释放的能量是多大 答案见解析 借题发挥轻核聚变释放核能的计算方法 1 根据质量亏损计算根据爱因斯坦质能方程 用核子结合成原子核时质量亏损 m 的千克数乘以真空中的光速 c 3 108m s 的平方 即 e mc2 2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5mev 即 e m 931 5mev 注意 式 中 m的单位为kg 式 中 m的单位是u e的单位是mev 变式3 一个氘核和一个氚核聚变成氦核 放出一个中子 这个反应中放出了多少核能 已知md 2 014102u mt 3 016050u mhe 4 002603u mn 1 008665u 解析质量亏损为 m md mt mhe mn 0 018884u 该反应放出的能量为 e 0 018884 931 5mev 17 59mev 答案17 59mev 对粒子的认识 典例4 下列说法中正确的是 a 目前还未发现媒介子 轻子和夸克三类粒子的内部结构b 自然界存在的能量守恒定律 动量守恒定律及电荷守恒定律 对基本粒子不适用c 反粒子与其对应的粒子相遇时 会发生湮灭现象d 强子是参与强相互作用的粒子 质子是最早发现的强子 解析媒介子 轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构 故a正确 反粒子与其对应的正粒子带等量异种电荷 反粒子与其对应的正粒子相遇时会发生湮灭现象 故c正确 质子是最早发现的强子 故d正确 答案acd 变式4 根据宇宙大爆炸的理论 在宇宙形成之