人教版选修35核聚变、粒子和宇宙 课件（34张）.ppt

第十九章 第7 8节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点一 要点二 1 掌握核聚变的定义及发生条件 2 会判断和书写核聚变方程 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 了解宇宙及恒星的演化 1 核聚变 大 热核 自身产生 氢弹 热核反应堆 关键一点 核聚变后比结合能增加 有质量亏损 因此 聚变反应放出核能 2 受控热核反应 1 聚变与裂变相比有很多优点 轻核聚变 地球上聚变燃料的储量 轻核聚变更为 2 约束核聚变材料的方法 和 产能效率高 丰富 安全 清洁 磁约束 惯性约束 3 粒子 1 对 粒子 的认识过程 基本 粒子 光子 电子 和 曾认为它们是组成物质的不可再分的最基本的粒子 后来又认识到 基本 粒子的复杂内部结构 新粒子 1932年发现了 1937年发现 1947年发现和及以后的超子 反粒子等 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 质子 中子 正电子 子 k介子 介子 强子 轻子 媒介子 夸克 反夸克 最小单位 4 宇宙及恒星的演化 1 宇宙的演化 宇宙起源于一次大爆炸 这种理论被称为宇宙理论 大爆炸 2 恒星的演化 关键一点 目前太阳正处于恒星演化过程中停留时间最长的稳定阶段中期 要再过50亿年才会进入另一个演化阶段 1 太阳不断地向外辐射能量 仍保持1千万度以上的高温 其主要原因是太阳内部进行着剧烈的 a 衰变反应b 人工核反应c 裂变反应d 热核反应解析 太阳的内部时刻都在进行着氢核的聚变 即热核反应 故d对 答案 d 2 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 聚变反应一定比裂变反应每个核子释放的平均能量大c 聚变反应中粒子的平均结合能变小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 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 答案 b 3 根据宇宙大爆炸的理论 在宇宙形成之初是 粒子家族 尽显风采的时期 那么在大爆炸之后最早产生的粒子是 a 夸克 轻子 胶子等粒子b 质子和中子等强子c 光子 中微子和电子等轻子d 氢核 氘核 氧核等轻核 解析 宇宙形成之初产生了夸克 轻子和胶子等粒子 之后又经历了质子和中子等强子时代 再之后是自由光子 中微子 电子大量存在的轻子时代 再之后是中子和质子组合成氘核 并形成氦核的核时代 之后电子和质子复合成氢原子 最后形成恒星和星系 b c d的产生都在a之后 因此a正确 答案 a 4 19世纪末 人们认为光子 和 是组成物质的不可再分的最基本的粒子 20世纪后半期 科学家发现组成原子核的 和 等也有着自己的复杂结构 于是基本粒子不再 基本 答案 电子质子中子质子中子 1 聚变发生的条件 1 微观上 参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围 即10 15m 要使原子核接近到这种程度 必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力 2 宏观上 要使原子核具有如此大的动能 就要把它们加热到几百万开尔文的高温 聚变反应一旦发生 就不再需要外界给它提供能量 靠自身产生的热就可以使反应进行下去 在短时间内释放巨大的能量 这就是聚变引起的核爆炸 2 重核裂变与轻核聚变的比较 3 聚变比裂变反应放出更多能量的原因 1 较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大 聚变成质量较大的原子核时能产生更多的质量亏损 所以平均每个核子释放的能量较多 如一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量17 6mev 平均每个核子放出能量约3 5mev 而铀235裂变时 平均每个核子放出能量为1mev 1 2012 天津大港月考 海水中含有丰富的氘 完全可充当未来的主要能源 两个氘核的核反应为 h h he n 其中氘核的质量为2 013u 氦核的质量为3 0150u 中子的质量为1 0087u 1u 931 5mev 求 1 核反应中释放的核能 2 在两个氘核以相等的动能0 35mev进行对心碰撞 并且核能全部转化为机械能的情况下 求反应中产生的中子和氦核的动能 思路点拨 1 题目中的质量单位为u 计算释放的核能时 用公式 e m 931 5mev进行运算 2 两氘核碰撞前动能相等 动量等大反向 系统的总动量为零 答案 1 2 14mev 2 2 13mev0 71mev 1 聚变过程中释放核能的计算仍用质能方程求解 与前面所学的核能计算方法相同 结合动量守恒 能量守恒进行分析计算时 注意动量 动能关系式p2 2mek的应用 2 核反应方程式的书写仍遵守质量数 核电荷数守恒 计算核能时 要注意两种反应物的数量关系及反应方程式的意义 1 新粒子的发现及特点 2 粒子的分类 名师点睛 1 质子是最早发现的强子 电子是最早发现的轻子 子的质量比核子质量大 但力的性质决定了它属于轻子 2 粒子具有对称性 有一个粒子 必存在一个反粒子 它们相遇时会发生 湮灭 即同时消失而转化成其他的粒子 2 2002年诺贝尔物理学奖中的一项 是奖励戴维斯和小柴昌俊在 探测宇宙中的中微子 方面取得成就 中微子 是超新星爆发等巨型天体在引力坍缩过程中 由质子和电子合并成中子的过程中产生出来的 1987年在大麦哲伦星云中的一颗编号为sn1987a的超新星爆发时 位于日本神冈町地下1km深处一个半径10m的巨大水池 其中盛有5万吨水 放置了1 3万个光电倍增管探测器 共捕获了24个来自超新星的中微子 已知编号为sn1987a的超新星和地球之间的距离为17万光年 取1光年 9 46 1015m 设中子的质量为mn 质子的质量为mp 电子的质量为me 中微子 的质量可忽略 1 写出1个质子和1个电子合并成中子的核反应方程式 2 设1个质子和1个电子合并成1个中子过程中所吸收 或释放 的核能为 e 写出计算 e大小的表达式 3 假设编号sn1987a的超新星爆发时向周围空间均匀地发射中微子 且其中到达日本神冈町地下巨大水池的中微子中有5