【全程復(fù)習(xí)方略】2015-2016學(xué)年高中物理-19.7-19.8核聚變-粒子和宇宙精講優(yōu)練課型課件-新人教版選修3-5

1、7　核　聚　變8　粒子和宇宙,一、核聚變1.定義:兩個輕核結(jié)合成_________的核,并釋放出_____的反應(yīng)。2.舉例:3.條件:要使輕核發(fā)生聚變,必須使它們的距離達(dá)到_____m以內(nèi),核力才能起作用。由于原子核都帶正電,要使它們接近到這種程度,必須克服巨大的_________,這就要求原子核具有足夠的動能,有一種方法就是把它們加熱到很高的溫度,溫度高達(dá)_______開爾文,因此聚變又叫_________。,質(zhì)量較大

2、,能量,10-15,庫侖斥力,幾百萬,熱核反應(yīng),4.應(yīng)用:目前,熱核反應(yīng)主要用在核武器上,那就是_____,需要用_______爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。5.太陽能:太陽的主要成分是___,太陽中心溫度可達(dá)1.5×107K,在此高溫下,氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著,太陽能就來自于太陽內(nèi)部_____釋放的核能。,氫彈,原子彈,氫,聚變,【判一判】(1)核聚變時吸收能量?！?　　)(2)核聚變平均每個核子放出的

3、能量,比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大?！?　　)(3)熱核反應(yīng)主要用在核武器上,那就是原子彈。　(　　)提示:(1)×。核聚變時不是吸收能量而是放出能量。(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3～4倍。(3)×。熱核反應(yīng)主要用在核武器上,那是氫彈。,二、受控?zé)岷朔磻?yīng)1.聚變的優(yōu)點:第一:輕核聚變產(chǎn)能效率高。第二:地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。第三:輕核聚變更為安全、清

4、潔,控制溫度,可控制反應(yīng),而且生成的廢物數(shù)量少、易處理。2.聚變的難點:地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受熱核反應(yīng)的高溫。,3.控制方法:(1)磁約束:利用磁場約束參加反應(yīng)的物質(zhì),目前最好的一種磁約束裝置是_______。(2)慣性約束:聚變物質(zhì)因自身的慣性,在極短時間內(nèi)來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng),在慣性約束下,用_____從各個方向照射反應(yīng)物,使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。,環(huán)流器,激光,【判一判】(1)輕核聚變比裂變更安全、清潔?！?/p>

5、(　　)(2)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?！?　　)(3)現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了技術(shù)突破,能夠穩(wěn)定地輸出聚變能。(　　)提示:(1)√。輕核聚變比裂變更安全、清潔。(2)√。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。(3)×。實現(xiàn)受控核聚變還有一段很長的路要走。,三、粒子和宇宙1.基本粒子不基本:(1)19世紀(jì)末,人們都認(rèn)為_____、電子、_____和中子是組成物質(zhì)的不可

6、再分的最基本的粒子。(2)隨著科學(xué)的發(fā)展,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的,又發(fā)現(xiàn)___________等本身也有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。,光子,質(zhì)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______和_______及以后的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量大的_____。(2)粒子的分類:按照___________________的不同關(guān)系,可將

7、粒子分為三大類:_____、_____和_______。(3)夸克模型的提出:1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子是由更基本的成分組成,這種成分叫作_____?？淇四Ｐ椭赋鲭娮与姾刹辉偈请姾傻淖钚挝?即存在_________。,正電子,μ子,K介子,π介子,超子,粒子與各種相互作用,強(qiáng)子,輕子,媒介子,夸克,分?jǐn)?shù)電荷,3.宇宙和恒星的演化:(1)宇宙的演化:宇宙大爆炸 溫度為1032K,

8、產(chǎn)生了_________________等粒子 溫度下降到1013K左右,_____時代→溫度下降到1011K時,_____時代→溫度下降到109K時,_______時代 溫度下降到104K,混合電離態(tài)→溫度下降到3000K時,________________________。,夸克、輕子、膠子,強(qiáng)子,輕子,核合成,中性的氫原子,恒星和星系,(2)恒星的演化:宇宙塵埃→_______→恒星誕生→氫核

9、聚合成_____→氦核聚合成碳核→其他聚變過程→無聚變反應(yīng),形成白矮星或_______或黑洞。,星云團(tuán),氦核,中子星,【判一判】(1)質(zhì)子、中子不能再分?！?　　)(2)夸克的帶電量是電子電荷的整數(shù)倍?！?　　)(3)太陽目前正處于氫通過熱核反應(yīng)成為氦,以電磁波的形式向外輻射核能?！?　　)提示:(1)×。質(zhì)子、中子本身也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),是可再分的。(2)×?？淇说膸щ娏坎皇请娮与姾傻恼麛?shù)倍。(3)√。

10、太陽目前正處于氫通過熱核反應(yīng)成為氦,以電磁波的形式向外輻射核能。,一、核聚變的特點及應(yīng)用思考探究:如圖為氫彈原理示意圖。,(1)核聚變需要滿足什么條件?(2)為什么要用原子彈才能引爆氫彈?提示:(1)必須使核之間的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)。(2)由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫引發(fā)氫彈的熱核反應(yīng)。,【歸納總結(jié)】1.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10-15m,這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用,要求使輕核具有足

11、夠大的動能,有一種辦法就是把它們加熱到幾百萬開爾文的高溫。2.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)。,3.核聚變的特點:(1)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。(2)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(jìn)行下去。(3)普遍性:熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著,太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆。,4.核聚變的應(yīng)用:(1)核

12、武器——氫彈:一種不需要人工控制的輕核聚變反應(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?zé)岷朔磻?yīng):目前處于探索階段。,5.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別:,【典例示范】氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量,該反應(yīng)方程為: 式中x是某種粒子。已知和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u;1u= ,c是真空中的光速。

13、由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知,粒子x是　　,該反應(yīng)釋放出的能量為　　　　MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。,【解題探究】(1)依據(jù)什么規(guī)律書寫核反應(yīng)方程?提示:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程。(2)如何計算釋放的核能?提示:先計算出核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損,再根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計算釋放的核能。,【正確解答】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是 (中子)。核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=(2.0141u+3.0161u-4

14、.0026u-1.0087u)=0.0189u所以該反應(yīng)釋放出的能量為ΔE=Δm·c2=17.6MeV答案: (或中子)　17.6,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2015·福州高二檢測)關(guān)于太陽輻射的主要由來,下列說法正確的是　(　　)A.來自太陽中氫元素聚變反應(yīng)釋放的核能B.來自太陽中碳元素氧化釋放的化學(xué)能C.來自太陽中重元素裂變反應(yīng)釋放的核能D.來自太陽中本身儲存的大量內(nèi)能【解析】選A。太陽輻射的巨大能量

15、主要來自太陽內(nèi)部氫核聚變成氦核時釋放的能量,只有選項A正確。,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　(　　),【解析】選A、C。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),故C對。原子核放出α或β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。

16、,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有:關(guān)于這兩個方程的下列說法,正確的是　(　　)A.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1B.方程(1)中k=6,方程(2)中d=1C.方程(1)屬于輕核聚變D.方程(2)屬于α衰變,【解析】選A。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,方程(1)中箭頭左側(cè)的質(zhì)量數(shù)之和為236,箭頭右側(cè)應(yīng)有90+136+k=236,解得k=10,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,方程(2)中應(yīng)滿足2+3=4+d,解

17、得d=1,A正確,B錯誤;方程(1)為重核裂變,方程(2)為輕核聚變,C、D均錯誤。,2.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子( )聚變?yōu)?個氦核( )的熱核反應(yīng),核反應(yīng)方程是 這個核反應(yīng)釋放出大量核能。已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,真空中的光速為c。方程中的X表示　　　　;這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=　　　;這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=　　　　。,【解析】由質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒

18、知:X為正電子 ,該反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1-m2-2m3,ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2。答案:正電子 　4m1-m2-2m3　(4m1-m2-2m3)c2,二、新粒子的發(fā)現(xiàn)和夸克模型思考探究:如圖所示為粒子發(fā)展示意圖,(1)為什么現(xiàn)在將“基本”二字去掉,統(tǒng)稱為粒子?(2)為什么說夸克模型是物理學(xué)發(fā)展中的一個重大突破?提示:(1)原來發(fā)現(xiàn)的基本粒子都是由更基本的粒子組成,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的粒子也可能會被證實

19、會由其他粒子組成,所以現(xiàn)在將“基本”二字去掉,統(tǒng)稱為粒子。(2)夸克模型是物理學(xué)發(fā)展中的一個重大突破,它指出電子電荷不再是電荷的最小單位,即存在分?jǐn)?shù)電荷。,【歸納總結(jié)】1.新粒子的發(fā)現(xiàn)及特點:,2.粒子的分類:,3.夸克模型:(1)夸克的提出:1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型,認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。(2)夸克的種類:上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。,(3)夸

20、克所帶電荷:夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量,即其電荷量為元電荷的- 或+ 。例如,上夸克帶的電荷量為+ ,下夸克帶的電荷量為- 。(4)意義:電子電荷不再是電荷的最小單位,即存在分?jǐn)?shù)電荷。,【典例示范】目前普遍認(rèn)為,質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克帶電荷量為 e,d夸克的帶電荷量為- e,e為元電荷,下列論斷中可能正確的是　(　　)A.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由1個u夸

21、克和2個d夸克組成B.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成C.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成D.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成,【解題探究】(1)質(zhì)子的帶電量是多少?u夸克和d夸克如何才能組合成一個質(zhì)子?提示:質(zhì)子帶一個元電荷e的電量,兩個u夸克和1個d夸克可組成一個質(zhì)子。(2)中子的帶電量是多少?u夸克和d夸克如何才能組合

22、成一個中子?提示:中子不帶電。1個u夸克和兩個d夸克可組成一個中子。,【正確解答】選B。質(zhì)子 帶電荷量為2× e+(- e)=e,中子 帶電荷量為 e+2×(- e)=0?？梢夿正確。,【過關(guān)訓(xùn)練】(拓展延伸)【典例示范】中,若π+介子、π-介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克 或反夸克 )組成的,它們的帶電荷量如表所示,表中e為元電荷。,(1)按最簡單的組成,π+介子由

23、誰和誰組成?【解析】π+介子帶有+e的電荷量,且是由一個夸克和一個反夸克組成的,夸克u帶+ e和反夸克 帶+ e合成電荷量為e。答案:π+介子就是由夸克u和反夸克 組成的,(2)按最簡單的組成,π-介子由誰和誰組成?【解析】π-介子帶有-e的電荷量,是由一個夸克和一個反夸克組成的,夸克d帶- e和反夸克 帶- e合成電荷量為-e。答案:π-介子由夸克d和反夸克 組成,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于粒子,下列說

24、法正確的是　(　　)A.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.質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子,它們擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C.質(zhì)子是帶電的輕子D.夸克模型說明元電荷不再是電荷的最小單位,【解析】選B、D。質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,故A錯,B對;不同的夸克組成強(qiáng)子,有的強(qiáng)子帶電,有的強(qiáng)子不帶電,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子,故C錯;夸克模型是研究強(qiáng)子的理論,不同夸克帶電不同,分別為+ e和- e,這說明電子

25、電荷不再是電荷的最小單位,故D對。,2.根據(jù)宇宙大爆炸的理論,在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時期,那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是　(　　)A.夸克、輕子、膠子等粒子　　　　B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子 D.氫核、氘核、氦核等輕核【解析】選A。宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子,之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時代,再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時代,再之后是中子和質(zhì)子組合成氘核,并

26、形成氦核的核合成時代,之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子,最后形成恒星和星系,因此A正確,B、C、D錯誤。,【誤區(qū)警示】對輕核聚變理解的兩個誤區(qū)(1)誤認(rèn)為聚變就是裂變的逆反應(yīng)。產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是對聚變和裂變的本質(zhì)沒有理解透,裂變時重核分裂成中等核,而聚變是輕核聚合成為次輕核,無直接關(guān)聯(lián),并非互為逆反應(yīng)。,(2)不能正確判斷聚變、裂變、衰變及人工轉(zhuǎn)變的方程。這是由對以上四種核反應(yīng)方程的理解不到位造成的。這四種方程在形式上很相近,因此判斷時容

27、易混淆出錯,要想正確判斷必須抓住它們的實質(zhì):核聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,也會放出中子;重核裂變時鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€或更多個中等質(zhì)量的核,并放出幾個中子;人工轉(zhuǎn)變常用α粒子或中子去轟擊原子核,產(chǎn)生新原子核并放出一個或幾個粒子;衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核,并向外輻射出α粒子或β粒子的反應(yīng),衰變根據(jù)向外輻射粒子的不同分為α衰變和β衰變兩種。,【拓展例題】考查內(nèi)容:聚變過程的核能計算【典例示范】太陽現(xiàn)在正處于主序星演化階段,它主

28、要是由電子和質(zhì)子、氦核等組成,維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng),核反應(yīng)為兩個電子和四個質(zhì)子聚變?yōu)楹?已知太陽的質(zhì)量為2×1030kg,太陽向周圍空間輻射能量的總功率為3.8×1023kW。,(1)寫出上述聚變反應(yīng)的方程;(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.67×10-27kg,氦核質(zhì)量mα=6.645 8×10-27kg,電子質(zhì)量me=9.0×10-31kg,光速c=3×108m/

29、s,求每發(fā)生一次上述核反應(yīng)所釋放的能量;(3)根據(jù)題目中數(shù)據(jù)計算太陽1秒鐘減少的質(zhì)量。,【正確解答】(1)根據(jù)聚變反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,得核反應(yīng)方程為 (2)反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=2me+4mp-mα=2×9.0×10-31kg+4×1.67×10-27kg-6.645 8×10-27kg=3.6×10-29kg由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應(yīng)釋放的能量ΔE=Δm

30、c2=3.6×10-29×(3×108)2J=3.24×10-12J。,(3)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,則太陽每秒減少的質(zhì)量為Δm= ≈4.2×109kg。答案:(1) 　(2)3.24×10-12J(3)4.2×109kg,【答案速填】①自發(fā)地?、讦辽渚€?、郐律渚€?、堞蒙渚€?、?