教科版选修35 第三章 67核聚变 粒子物理学简介(选学) 课件（31张）.pptx

7粒子物理学简介 选学 6核聚变 第三章原子核 学习目标 1 知道什么是聚变反应 会计算核聚变中释放的核能 2 了解可控热核反应及其研究和发展 3 了解构成物质的 基本粒子 及粒子物理学的发展史 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 核聚变1 聚变两个轻原子核结合成较重原子核的反应 轻核聚变需要在高温下进行 因此聚变反应又称为热核反应 2 聚变方程举例 3 聚变发生的条件要使轻核聚变 必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离m之内 这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用 使轻核具有足够大的动能 要使原子核具有足够大的动能 温度必须达到108k的高温 10 15 4 特点 1 在消耗相同质量的核燃料时 核聚变比核裂变释放的能量 2 核聚变反应废料产生 3 核聚变反应所用的在地球上的储量丰富 二 可控热核反应与恒星演化中的核反应1 聚变反应堆 情况下释放能量的装置 2 太阳等恒星内部进行的核反应是反应 更多 没有 氘 受控聚变 轻核聚变 三 粒子1 基本粒子 不基本 基本粒子 直到19世纪末 人们认为光子 质子 中子是 基本粒子 随着科学的发展 一方面逐渐发现了数以百计的新粒子 它们都不是由中子 质子 电子组成的 另一方面科学家又发现质子 中子等本身也有自己的复杂的结构 因此 20世纪后半期 就将 基本 二字去掉 统称粒子 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 电子 媒介子 轻子 强子 3 夸克模型夸克模型的提出 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 至今发现的夸克有6种 四 3种典型的粒子加速器1 直线加速器 1 粒子的运动轨迹是 2 满足的条件 要保持粒子与高频电场之间的关系 3 优点 粒子束的 夸克 一条直线 谐振 强度高 2 回旋加速器 1 粒子运动轨迹 在磁场中做运动 2 满足条件 高频电源的频率粒子回旋的频率 3 优点 粒子被加速到的能量可达 3 对撞机能够实现两束相对运动的粒子的设备叫做对撞机 工作原理 粒子先在中加速 然后射入对撞机 两束粒子流反方向在轨道交叉处相互 获得较大能量 匀速圆周 等于 40mev 对撞 同步加速器 回旋 碰撞 即学即用 1 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 轻核聚变比裂变更安全 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热核反应所需的温度 5 太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦 以电磁波的形式向外辐射核能 答案 答案 17 6 解析 解析根据质量数和电荷数守恒可得x是 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 0 0189 931 5mev 17 6mev 重点探究 导学探究 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 一 对核聚变的理解 答案 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 必须使核子间的距离达到10 15m以内 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 知识深化 1 聚变发生的条件要使轻核聚变 必须使轻核间的距离达到10 15m以内 这要克服电荷间强大的斥力作用 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 2 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 4 重核裂变与轻核聚变的区别 例1下列说法不正确的是 解析 答案 解析a选项中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选项中的核反应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选项应是 衰变 不正确 故答案为d 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 也可用质子 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 或多个 中等质量的核 并放出几个中子 4 核聚变 轻核聚合成较重原子核的反应 针对训练以下说法正确的是a 聚变是裂变的逆反应b 如果裂变反应释放能量 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 答案 解析 解析裂变与聚变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较重核 无直接关联 并非互为逆反应 a选项错误 裂变与聚变都释放能量 b选项错误 d选项正确 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 c选项错误 二 聚变反应中释放核能的计算 例2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 1 写出这个核反应方程 答案 解析 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 0266u 由质能方程得 释放能量 e 0 0266 931 5mev 24 78mev 3 已知太阳每秒释放的能量为3 8 1026j 则太阳每秒减少的质量为多少千克 已知质子质量为mh 1 0073u 氦核质量为mhe 4 0015u 电子质量为me 0 00055u 答案 答案4 22 109kg 解析 三 粒子的分类和夸克模型 1 粒子的分类 2 夸克模型 1 夸克的种类 上夸克 u 下夸克 d 奇异夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 和顶夸克 t 2 夸克所带电荷 夸克所带的电荷量是分数电荷量 即其电荷量为元电荷的或 例如 上夸克带的电荷量为 下夸克带的电荷量为 3 意义 电子电荷不再是电荷的最小单元 即存在分数电荷 例3 多选 下列关于夸克模型的说法正确的是a 强子是由更基本的夸克组成的b 夸克的电荷量分别为元电荷的c 每种夸克都有对应的反夸克d 夸克能以自由的状态单个出现 答案 解析 解析夸克不能以自由的状态单个出现 d错误 达标检测 1 2 答案 解析 解析核聚变反应中产生新的