高中物理 第19章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙课件 新人教版选修35.ppt

第十九章 7核聚变8粒子和宇宙 学习目标1 了解核聚变及其特点和条件 2 会判断和书写核聚变反应方程 能计算核聚变释放的能量 3 知道粒子的分类及其作用 了解夸克模型 4 了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核聚变 1 为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温 答案轻核的聚变反应 是较轻的核子聚合成较重的核子 要使得核子的强相互作用发挥作用 必须使核子间接近到发生相互作用的距离 约为10 15m 同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大 因而需要核子有很大的动能 表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度 答案 2 目前人们实现的核聚变是什么 实现热核反应存在的困难是什么 如何实现对热核反应的控制 答案 答案 1 目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸 是由普通炸药引爆原子弹 再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应 但这是不可控制的 2 实现热核反应存在的困难是 地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温 3 可能实现对热核反应的控制方法 磁约束 利用磁场来约束参与反应的物质 环流器是目前性能最好的一种磁约束装置 惯性约束 利用强激光从各个方向照射参加反应的物质 使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应 对核聚变的认识1 聚变两个轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 称为核聚变 聚变反应又称为热核反应 2 聚变方程 3 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m 这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用 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 有一种方法就是给它们 使物质达到几百万开尔文的高温 10 15 加热 判断下列说法的正误 1 核聚变时吸收能量 2 核聚变平均每个核子放出的能量 比裂变反应中平均每个核子放出的能量大 3 轻核聚变比裂变更完全 清洁 4 实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 二 粒子和宇宙 强子和夸克的关系是怎样的 夸克分多少种 它的带电性是怎样的 什么是夸克的 禁闭 答案 对粒子和宇宙的理解1 基本粒子 不基本 1 直到19世纪末 人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒 后来人们发现了光子 电子 并把它们叫做 基本粒子 2 随着科学的发展 科学们发现了很多的新粒子并不是由以上组成的 并发现 等本身也有复杂结构 质子 中子 基本粒子 质子 中子 2 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 3 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 正电子 强子 轻子 媒介子 夸克 子 判断下列说法的正误 1 质子 中子不能再分 2 夸克的带电荷量是电子电荷的整数倍 题型探究 一 核聚变的特点及应用1 核聚变的特点 1 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 2 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 3 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 4 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 2 核聚变的应用 1 核武器 氢弹 一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置 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 2 可控热核反应 目前处于探索阶段 3 重核裂变与轻核聚变的区别 解析 17 6 答案 解析根据质量数和电荷数守恒可得x是n 中子 核反应中的质量亏损为 m 2 0141u 3 0161u 4 0026u 1 0087u 0 0189u所以该反应释放出的能量为 e m c2 17 6mev 解析 答案 根据轻核聚变特点 相同质量的核燃料 轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多 故选项c正确 二 粒子的分类和夸克模型1 粒子的分类 答案 解析 解析 1 按最简单的组成 介子由谁和谁组成 答案 2 按最简单的组成 介子由谁和谁组成 答案 解析 达标检测 1 多选 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开尔文的高温 因此聚变又叫做热核反应c 原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温 所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应d 太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应 在地球内部也可自发地进行 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 4 解析轻核聚变时 要使轻核之间距离达到10 15m 故必须克服库仑斥力做功 a正确 要克服核子间作用力做功 必须使反应的原子核有足够大的动能 方法就是将其加热到几百万开尔文的高温 b正确 热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行 这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得 c正确 在太阳和许多恒星内部都存在热核反应 但在地球内部不会自发地进行 d错 2 多选 能源是社会发展的基础 发展核能是解决能源问题的途径之一 下列释放核能的反应方程 表述正确的有 1 2 3 答案 4 解析 解析两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应 故a对 b错 重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应 故c对 原子核放出 或 粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变 原子核的衰变的反应物只有一种 故d错 1 2 3 4 1 2 3 答案 4 3 关于粒子 下列说法正确的是a 电子 质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子b 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d 夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 解析 1 2 3 4 4 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应 这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源 已知质子质量为mh 1 0073u 氦核质量为mhe 4 0015u 正电子质量为me 0 00055u 结果保留两位小数 1u相当于931 5mev的能量 1 写出这个核反应方程 答案 解析 1 2 3 4 2 这一核反应能释放多少能量 答案 解析 答案24 78mev 解析反应前的质量m1 4mh 4 1 0073u 4 0292u 反应后的质量m2 mhe 2me 4 0015u 2 0 00055u 4 0026u m m1 m2 0