高中物理 第19章 原子核 7 核聚變 8 粒子和宇宙課件 新人教版選修35

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1、第十九章7核聚變8粒子和宇宙學習目標1.了解核聚變及其特點和條件.2.會判斷和書寫核聚變反應(yīng)方程，能計算核聚變釋放的能量.3.知道粒子的分類及其作用，了解夸克模型.4.了解宇宙起源的大爆炸學說及恒星的演化.內(nèi)容索引知識探究 題型探究達標檢測知識探究一、核聚變一、核聚變導學探究導學探究1.為什么實現(xiàn)核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬開爾文的高溫？答案答案輕核的聚變反應(yīng)，是較輕的核子聚合成較重的核子，要使得核子的強相互作用發(fā)揮作用，必須使核子間接近到發(fā)生相互作用的距離，約為1015 m；同時由于原子核之間在此距離時的庫侖斥力十分巨大，因而需要核子有很大的動能，表現(xiàn)在宏觀上就是核燃料需要達到極高的溫度

2、.答案2.目前人們實現(xiàn)的核聚變是什么？實現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是什么？如何實現(xiàn)對熱核反應(yīng)的控制？答案答案答案(1)目前人們能實現(xiàn)的熱核反應(yīng)是氫彈的爆炸，是由普通炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核反應(yīng)，但這是不可控制的.(2)實現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受住熱核反應(yīng)所需要的高溫.(3)可能實現(xiàn)對熱核反應(yīng)的控制方法：磁約束：利用磁場來約束參與反應(yīng)的物質(zhì).環(huán)流器是目前性能最好的一種磁約束裝置.慣性約束：利用強激光從各個方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們由于慣性還來不及擴散就完成了核反應(yīng).知識梳理知識梳理對核聚變的認識1.聚變兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反

3、應(yīng)，稱為核聚變，聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng).2.聚變方程3.聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離 m，這要克服電荷間巨大的庫侖斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能.要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們 ，使物質(zhì)達到幾百萬開爾文的高溫.1015加熱即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)核聚變時吸收能量.()(2)核聚變平均每個核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大.()(3)輕核聚變比裂變更完全、清潔.()(4)實現(xiàn)核聚變的難點是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度.()二、粒子和宇宙二、粒子和宇宙導學探究導學探究強子和夸克的關(guān)系是怎樣的？夸克

4、分多少種？它的帶電性是怎樣的？什么是夸克的“禁閉”？答案知識梳理知識梳理對粒子和宇宙的理解1.“基本粒子”不基本(1)直到19世紀末，人們都認為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒，后來人們發(fā)現(xiàn)了光子、電子、 、 ，并把它們叫做“基本粒子”.(2)隨著科學的發(fā)展，科學們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上組成的，并發(fā)現(xiàn) 、 等本身也有復雜結(jié)構(gòu).質(zhì)子中子基本粒子質(zhì)子中子2.發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了 ，1937年發(fā)現(xiàn)了 ，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和介子及以后的超子等.(2)粒子的分類：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類： 、 和 .3.夸克模型的提出1964年美國物理學家蓋爾曼

5、提出了強子的夸克模型，認為強子是由構(gòu)成的.正電子強子輕子媒介子夸克子即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)質(zhì)子、中子不能再分.()(2)夸克的帶電荷量是電子電荷的整數(shù)倍.()題型探究一、核聚變的特點及應(yīng)用1.核聚變的特點(1)輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng).(2)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量.(3)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進行下去.(4)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆.2.核聚變的應(yīng)用(1)核武器氫彈：一種不需要人工控

6、制的輕核聚變反應(yīng)裝置.它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸.(2)可控熱核反應(yīng)：目前處于探索階段.3.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大34倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多原料的蘊藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢?，尤其用于核裂變的?35在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲量非常豐富.1 L水中大約有0.03 g氘，如果用來進行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油釋放的能量相當可控

7、性速度比較容易進行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它解析17.6答案解析解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是 n(中子).核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u所以該反應(yīng)釋放出的能量為Emc217.6 MeV.解析答案根據(jù)輕核聚變特點，相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，故選項C正確.二、粒子的分類和夸克模型1.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強子參與強相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強子又可分為介子和重子輕子不參與強相

8、互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強相互作用答案解析解析(1)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？答案(2)按最簡單的組成，介子由誰和誰組成？答案解析達標檢測1.(多選)下列關(guān)于聚變的說法中，正確的是A.要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫侖斥力做功B.輕核聚變需要幾百萬開爾文的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng)C.原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬開爾文的高溫，所以氫彈可以利用原子彈引 發(fā)熱核反應(yīng)D.太陽和許多恒星內(nèi)部都在進行著劇烈的熱核反應(yīng)，在地球內(nèi)部也可自 發(fā)地進行123答案解析41234解析解析輕核聚變時

9、，要使輕核之間距離達到1015 m，故必須克服庫侖斥力做功，A正確；要克服核子間作用力做功，必須使反應(yīng)的原子核有足夠大的動能，方法就是將其加熱到幾百萬開爾文的高溫，B正確；熱核反應(yīng)必須在幾百萬開爾文的高溫下進行，這樣高的溫度可利用原子彈爆炸釋放的能量獲得，C正確；在太陽和許多恒星內(nèi)部都存在熱核反應(yīng)，但在地球內(nèi)部不會自發(fā)地進行，D錯.2.(多選)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有123答案4解析解析解析兩個輕核聚合成一個較重的核的反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，故A對，B錯；重核被中子轟擊后分裂成兩個中等質(zhì)量的原子核并放出若干個中子的反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，

10、故C對；原子核放出或粒子后變成另一種原子核的反應(yīng)稱為原子核的衰變.原子核的衰變的反應(yīng)物只有一種，故D錯.1234123答案43.關(guān)于粒子，下列說法正確的是A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B.強子都是帶電的粒子C.夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位解析12344.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應(yīng)，這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源.(已知質(zhì)子質(zhì)量為mH1.007 3 u，氦核質(zhì)量為mHe4.001 5 u，正電子質(zhì)量為me0.000 55 u，結(jié)果保留兩位小數(shù)，1 u相當于931.5 MeV的能量)(1)寫出這個核反應(yīng)方程；答案解析1234(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？答案解析答案答案24.78 MeV解析解析反應(yīng)前的質(zhì)量m14mH41.007 3 u4.029 2 u，反應(yīng)后的質(zhì)量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4.002 6 u，mm1m20.026 6 u，由質(zhì)能方程得，釋放能量Emc20.026 6931.5 MeV24.78 MeV.1234(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.81026 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？答案解析答案答案4.22109 kg解析解析由質(zhì)能方程Emc2得太陽每秒減少的質(zhì)量