1、7核聚变 8粒子和宇宙,第十九章原子核,学科素养与目标要求,1.了解核聚变的特点和条件. 2.知道粒子的分类及其特点，了解夸克模型. 3.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化.,物理观念：,1.会判断和书写核聚变反应方程. 2.能计算核聚变释放的能量.,科学思维：,自主预习,01,1.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 要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离 m以内，这要克服原子核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
2、达到几百万开尔文的高温. 4.太阳能：太阳的主要成分是氢.太阳的中心温度达1.5107 K.在这样的高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着.太阳能就是太阳内部聚变时释放的核能.,核聚变,一,1015,加热,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，科学家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. 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，后来发现了超子等. (2)粒子的分
3、类：按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类： 、 和 .,粒子和宇宙,二,基本粒子,中子,质子,质子,中子,正电子,子,强子,轻子,媒介子,3.夸克模型的提出 1964年提出的强子的夸克模型，认为强子是由 组成的.,夸克,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，比核裂变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住热核反应所需的温度.() (5)质子、中子不能再分.() (6)夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍.(),即学即用,17.6,核反应中的质量
4、亏损为m2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为Emc217.6 MeV.,重点探究,02,1.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？,导学探究,核聚变的特点及应用,一,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1015 m以内；同时由于在此距离时原子核之间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.,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？可能实现对热核反应的控制的方法是什
5、么？,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. (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.,1.轻核的聚变是放能反应 从原子核的比结合能图线中看，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.核聚变的特点 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
6、. 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继续下去. 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.,知识深化,3.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爆炸. (2)可控热核反应：目前处于探索阶段.,4.重核裂变与轻核聚变的区别,例1(2018成都外国语学校高二期末)氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3、m4，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子： .对于这个反应，以下说法正确的是 A.氘核和氚核的比结合能比氦核大，所以该反应会释放核能 B.氘
7、核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量 C.该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2(m3m4) D.该反应是轻核的聚变，反应中释放的核能为(m3m4m1m2)c2,解析氘核和氚核的比结合能小于氦核的比结合能，氘核和氚核的核子平均质量比氦核大，该反应会放出一定的能量，故A、B错误； 该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是mm1m2(m3m4)，释放的核能为Emc2(m1m2m3m4)c2，故C正确，D错误.,A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeVI,解析根据质能方程，氘核聚变释放的核能Emc2，质量亏损m2mHmHemn0.0
8、03 5 u，则E0.003 5931 MeV3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误.,1.粒子与反粒子：随着科学技术的发展，人们发现了更多的粒子，一方面“基本粒子”不基本，另一方面发现了反粒子.粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这类粒子叫做反粒子，例如电子的反粒子是正电子，带正电荷，质子的反粒子是反质子，反质子带负电荷.,对粒子的认识,二,2.新粒子的发现及特点,3.粒子的分类,4.夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的. (2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)
9、、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t). (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷.,达标检测,03,1,2,3,4,解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，B正确，A、C错误； 目前核电站大多采用重核裂变的方法来发电，D错误.,A.聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核 C.聚变反应没有质量亏损,2.(核反应方程的理解)(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中，表述正确的是,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
10、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.,1,2,3,4,1,2,3,4,解析最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，所以A错误； 强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误； 质子、中子、介子、超子都属于强子，所以B正确； 子质量比核子质量大，但子仍属于轻子，所以D错误.,3.(对宇宙粒子的理解)以下说法正确的是 A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子 B.质子、中子、介子和超子都属于强子 C.强子、轻子都有内部结构 D.子质量比核子质量大，子不属于轻子,4.(核聚
11、变释放核能的计算)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mH1.007 3 u，氦核质量为mHe4.001 5 u，正电子质量为me0.000 55 u， 1 u931.5 MeV/c2，结果保留三位有效数字) (1)写出这个核反应方程.,1,2,3,4,(2)求这一核反应能释放多少能量？,1,2,3,4,答案24.8 MeV,解析反应前的质量m14mH41.007 3 u4.029 2 u， 反应后的质量m2mHe2me4.001 5 u20.000 55 u4.002 6 u， 质量亏损mm1m20.026 6 u，由质能方程得，释放的能量Emc20.026 6 931.5 MeV24.8 MeV.,(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？,1,2,3,4,答案4.22109 kg,解析由质能方程Emc2得太阳每秒减少的质量,
