高中物理 第三章 原子核 第6节 核聚变 第7节 粒子物理学简介课件 教科版选修35.ppt

第6节核聚变第7节粒子物理学简介 选学 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第7节 课前自主学案 课标定位 1 知道什么是核聚变 理解热核反应及其条件 2 了解可控核聚变反应研究的进展情况 3 了解恒星演化中的核反应情况 课标定位 课前自主学案 较重原子核 高温 3 特点 1 在消耗相同质量的核燃料时 核聚变反应比核裂变反应 2 核聚变反应时 放射性废料产生 3 核聚变反应所用的燃料氘 在地球上的储量 4 热核反应一旦发生 就不再需要外界给它能量 靠 就可以使反应进行下去 能释放更多的能量 非常丰富 没有 自身产生的能量 思考感悟 1 核聚变为什么需要在超高温条件下才能发生 2 氢弹与原子弹相比谁的威力更大 提示 1 使轻核发生聚变反应 必须使它们接近到10 15m 由于原子核带正电 要使它们接近到这种程度 必须克服电荷之间的很大的斥力作用 这就要使核具有很大的动能才行 当物质达到几百万度以上的高温时 原子核核外电子已经完全脱离 成为等离子体 这时小部分原子核就有足够的动能克服相互间的库仑斥力 在相互碰撞中接近到可发生聚变反应的距离而发生核反应 2 氢弹是利用原子弹爆炸产生的超高温而引起轻核的聚变 从而释放出更为巨大的能量 因此氢弹的威力更大 二 可控核聚变反应研究的进展1 聚变反应堆 情况下释放能量的装置 2 环流器 又叫 是一种环形磁约束受控热核反应装置 三 恒星演化中的核反应1 太阳约在50亿年前开始了核聚变 点燃了自己并成为一颗能 的恒星 2 太阳在约50亿年后进入老年期 并逐渐成为一颗红巨星 最终变成一个与地球差不多大小的太阳残骸 受控聚变 托卡马克 自我维持 长期稳定 核心要点突破 2 聚变发生的条件要使轻核聚变 就必须使轻核接近核力发生作用的距离10 15m 但是原子核是带正电的 要使它们接近10 15m就必须克服很大的库仑斥力作用 这就要求原子核应具有足够的动能 方法是给原子核加热 使其达到几百万度的高温 3 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 4 重核裂变和轻核聚变的对比 特别提醒 1 发生聚变反应的主线 轻核距离近 需要克服库仑斥力 需要足够的动能 需要给核加热 2 聚变反应比裂变反应中每个核子平均释放能量大 3 目前正在研究可控热核反应 但还未达到可应用阶段 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于轻核聚变释放核能 下列说法正确的是 a 一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多b 聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大c 聚变反应中粒子的比结合能变小d 聚变反应中由于形成质量较大的核 故反应后质量增加 解析 选b 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多 但平均每个核子释放的能量一定大 故a错误 b正确 由于聚变反应中释放出巨大能量 则比结合能一定增加 质量发生亏损 故c d错误 二 核反应与核能释放分析1 可以从核子的比结合能上看 如图3 6 1 图3 6 1 从图中可以看出 铁的比结合能最大 也就是核子结合成铁或铁附近的原子核时 每个核子平均放出的能量大 因此两个比铁轻的原子核结合时 或比铁重的重核分裂时 都要放出能量 2 根据核子的平均质量图分析 如图3 6 2 由图中可以看出 铁原子核子的平均质量最小 如果原子序数较大的a裂变成b和c 或者原子序数较小的d和e结合成f核 都会有质量亏损 根据爱因斯坦质能方程 都要放出能量 图3 6 2 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 太阳每秒辐射出来的能量约为3 8 1026j 这些能量是 重核的裂变反应中产生的 轻核的聚变反应中产生的 原子核的衰变反应中产生的 热核反应中产生的a b c d 解析 选d 由于太阳的主要成分是氢 它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应 这一反应又叫热核反应 故d正确 课堂互动讲练 下面是一核反应方程h h he x 用c表示光速 则 a x是质子 核反应放出的能量等于质子质量乘c2b x是中子 核反应放出的能量等于中子质量乘c2 c x是质子 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和 再乘c2d x是中子 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和 再乘c2 思路点拨 由题目可获取以下信息 核反应中已知反应物和主要生成物 解答本题可依据核反应中电荷数和质量数守恒确定x 再由质能方程确定放出的能量 答案 d 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m 3 018u 1 写出聚变方程 2 释放出的核能有多大 3 平均每个核子释放的能量有多大 答案 见自主解答 方法总结 从数据上看题中聚变释放的能量并不很大 但如果考虑到轻核的摩尔质量很小 可知聚变出1kg氚放出的核能远大于核裂变 因此 轻核聚变能释放出比重核裂变更多的能量 变式训练2太阳不断地向外辐射能量 太阳内部存在大量氢 在超高温作用下 氢原子被电离 互相碰撞能使4个氢核聚变成一个氦核he 同时放出大量能量 已知质子质量mh 1 0