2018-2019高中物理 第19章 原子核 19.7-19.8 核聚變 粒子和宇宙課件 新人教版選修3-5.ppt

《2018-2019高中物理 第19章 原子核 19.7-19.8 核聚變 粒子和宇宙課件 新人教版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第19章 原子核 19.7-19.8 核聚變 粒子和宇宙課件 新人教版選修3-5.ppt（54頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

7核聚變8粒子和宇宙,【自主預(yù)習(xí)】1.核聚變:(1)定義:兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量_____的核的反應(yīng)。輕核聚變必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫_________。(2)核反應(yīng)舉例:,較大,熱核反應(yīng),,2.受控?zé)岷朔磻?yīng):(1)定義:為了使巨大的熱核反應(yīng)能量不以爆炸的形式釋放,而是在_____控制下逐漸釋放出來(lái)并加以_____的熱核反應(yīng)。(2)條件:熱核燃料加熱到非常高的_____;熱核反應(yīng)釋放的能量足以補(bǔ)償形成聚變過(guò)程中所損失的能量。,人工,利用,溫度,,(3)聚變與裂變的對(duì)比優(yōu)點(diǎn)。①輕核聚變_____效率高;②地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量_____;③輕核聚變更___________。(4)約束核聚變材料的方法:_______和慣性約束。,產(chǎn)能,豐富,安全、清潔,磁約束,,3.發(fā)現(xiàn)新粒子:(1)新粒子的發(fā)現(xiàn):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π介子,迄今發(fā)現(xiàn)的粒子已達(dá)到400多種。(2)反粒子:實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),許多粒子都存在著質(zhì)量與它們_____,而電荷及其他一些物理性質(zhì)_____的粒子。,正電子,μ子,相同,相反,,(3)分類:強(qiáng)子、_____和_______。(4)夸克模型的提出:1964年美國(guó)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_____構(gòu)成的。,輕子,媒介子,夸克,,4.宇宙及恒星的演化:(1)宇宙的演化從___________開(kāi)始。(2)恒星的演化經(jīng)歷了宇宙塵埃,星云團(tuán),恒星誕生,最后恒星的熱核反應(yīng)停止后恒星演變?yōu)開(kāi)______、_______或_____。,宇宙大爆炸,白矮星,中子星,黑洞,,【預(yù)習(xí)小測(cè)】1.太陽(yáng)能是由太陽(yáng)內(nèi)部熱核聚變反應(yīng)形成的,其核反應(yīng)主要是(),,【解析】選A。太陽(yáng)內(nèi)部核聚變是氫原子核的聚變,故A正確;B項(xiàng)中為實(shí)現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的反應(yīng),C項(xiàng)中為重核裂變,D項(xiàng)中為α衰變,均不屬聚變反應(yīng)。故B、C、D不正確。,,2.原子核聚變有望給人類未來(lái)提供豐富的潔凈能源。當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí),氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生,放出能量。這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為由平衡條件可知()A.k=1,d=4B.k=2,d=2C.k=1,d=6D.k=2,d=3,,【解析】選B。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,分別有4k+d+2=12,2k+d=6,解得k=2,d=2。正確選項(xiàng)為B。,,3.一個(gè)氘核與一個(gè)氚核發(fā)生聚變,產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核,并出現(xiàn)質(zhì)量虧損。聚變過(guò)程中()A.吸收能量,生成的新核是B.放出能量,生成的新核是C.吸收能量,生成的新核是D.放出能量,生成的新核是,,【解析】選B。聚變反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損,一定放出能量,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,生成的新核是,選項(xiàng)B正確。,主題一核聚變【互動(dòng)探究】1.為什么實(shí)現(xiàn)核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫?,提示:(1)微觀上:參與反應(yīng)的原子核必須接近到核力的作用范圍內(nèi),約為10-15m這種程度,因而必須使它們具有很大的動(dòng)能以克服原子核之間巨大的庫(kù)侖斥力做功,由原子核的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為原子核的電勢(shì)能,使核子之間的核力發(fā)生作用,輕核才能聚變成質(zhì)量較大的核。,,(2)宏觀上:要使原子核具有足夠大的動(dòng)能,就得把它加熱到幾百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫,才能使聚變反應(yīng)發(fā)生,因此聚變又叫熱核反應(yīng)。,2.與重核的裂變相比聚變有哪些特點(diǎn)?提示:(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí),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)在宇宙的恒星中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著,太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。,,3.目前人們實(shí)現(xiàn)的核聚變是什么?實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是什么?提示:(1)目前人們能實(shí)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(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)存在的困難是:地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受住熱核反應(yīng)所需要的高溫。,,4.如何實(shí)現(xiàn)對(duì)熱核反應(yīng)的控制?可控?zé)岷朔磻?yīng)有哪些優(yōu)點(diǎn)?提示:(1)可能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱核反應(yīng)的控制方法:磁約束:利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(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(qiáng)激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì),使它們由于慣性還來(lái)不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。,,(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)的優(yōu)點(diǎn):放射性污染小,不產(chǎn)生核廢料,核燃料十分豐富。,,【探究總結(jié)】1.核聚變反應(yīng)的條件:反應(yīng)物質(zhì)應(yīng)達(dá)到極高的溫度。2.核聚變反應(yīng)的特點(diǎn):(1)釋放能量大。(2)一旦反應(yīng),可自發(fā)進(jìn)行。(3)不可控制。(4)普遍存在于宇宙中。(5)污染小,核燃料豐富。,,【典例示范】關(guān)于核聚變的說(shuō)法正確的是()A.聚變是裂變的逆反應(yīng)B.如果裂變釋放能量,則聚變反應(yīng)一定吸收能量C.聚變反應(yīng)須將熱核燃料加熱到數(shù)百萬(wàn)度以上的溫度,顯然是吸熱反應(yīng)D.聚變和裂變都可以釋放出巨大的能量,,【解題指南】(1)聚變反應(yīng)和裂變反應(yīng)的定義。(2)吸能和放能的判斷依據(jù)。(3)聚變反應(yīng)的條件。,,【解析】選D。從形式上看聚變和裂變好像是互逆反應(yīng),其實(shí)不然,兩者的反應(yīng)物和生成物全然不同,裂變是重核分裂成中等核,而聚變是兩個(gè)輕核聚合為質(zhì)量較大的輕核,兩者不可能互為逆反應(yīng),A錯(cuò);聚變和裂變反應(yīng)的質(zhì)量都發(fā)生了虧損,故都是放能反應(yīng),要放出巨大的能量,B錯(cuò)D對(duì);聚變反應(yīng)須將熱核燃料加熱到數(shù)百萬(wàn)度以,,上的溫度,但一旦反應(yīng)進(jìn)行,自身釋放的巨大能量足以提供高溫使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,故聚變反應(yīng)是放能反應(yīng),C錯(cuò)。,,【探究訓(xùn)練】1.關(guān)于輕核聚變釋放核能,下列說(shuō)法正確的是()A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定大C.聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核,故反應(yīng)后質(zhì)量增加,,【解析】選B。在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多,但平均每個(gè)核子釋放的能量一定大,故A錯(cuò)誤、B正確;由于聚變反應(yīng)中釋放出巨大能量,則比結(jié)合能一定增加,質(zhì)量發(fā)生虧損,故C、D錯(cuò)誤。,,2.現(xiàn)在太陽(yáng)向外輻射的能量是由于太陽(yáng)內(nèi)部氫核聚變產(chǎn)生的,大約在40億年以后太陽(yáng)內(nèi)部將會(huì)啟動(dòng)另一種核反應(yīng),其核反應(yīng)方程為那時(shí)太陽(yáng)向外輻射的能量是由上述兩種核反應(yīng)產(chǎn)生的。已知的質(zhì)量為m1，的質(zhì)量為m2,則下列判斷正確的是()A.3m1>m2B.3m1m2,即選項(xiàng)A正確。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的(氦3)。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為關(guān)于聚變下列表述正確的是(),,A.聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C.聚變反應(yīng)會(huì)有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采用聚變反應(yīng)發(fā)電,,【解析】選B、C。聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核,聚變過(guò)程會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)發(fā)電。綜上所述,選項(xiàng)B、C正確。,,【通法悟道】衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變方程的區(qū)別(1)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。,,(2)人工轉(zhuǎn)變通常是用α粒子或中子去轟擊靶核,靶核俘獲入射粒子后產(chǎn)生新的原子核,并放出一個(gè)或幾個(gè)粒子的反應(yīng)。(3)重核分解成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)叫裂變,輕核聚合成重核的反應(yīng)叫聚變。,主題二粒子和宇宙【互動(dòng)探究】1.結(jié)合下表分析粒子的分類及特點(diǎn)。,夸克,介子和重子,內(nèi)部結(jié)構(gòu),光子傳遞電磁相,互作用、中間玻,色子傳遞弱相互,作用、膠子傳遞,強(qiáng)相互作用,,2.強(qiáng)子和夸克的關(guān)系是怎樣的?夸克分多少種?它的帶電性是怎樣的?什么是夸克的“禁閉”?提示:夸克是強(qiáng)子的基本組成成分;夸克有6種:上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克;它們帶的電荷分別為元電荷的每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克;夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)的性質(zhì),叫夸克的“禁閉”。,,3.什么是反粒子?所有的粒子都存在反粒子嗎?提示:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反的粒子,叫反粒子。按照粒子的對(duì)稱性,有一個(gè)粒子,就應(yīng)該有一個(gè)反粒子。,,4.“夸克模型”的提出有什么物理意義?提示:夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)重大突破,它指出電子電荷不再是電荷的最小單元,即存在分?jǐn)?shù)電荷。而另一方面也說(shuō)明科學(xué)正是由于一個(gè)一個(gè)的突破才得到進(jìn)一步的發(fā)展。,,【探究總結(jié)】1.粒子:強(qiáng)子、輕子和媒介子。2.夸克:是強(qiáng)子的基本組成成分,有6種,帶的元電荷。,,【典例示范】在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別,因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)。1953年,萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用中微子與水中的核反應(yīng),間接地證實(shí)了中微子的存在。,,(1)中微子與水中的發(fā)生核反應(yīng),產(chǎn)生中子和正電子即中微子可以判定,中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________。(填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母)A.0和0B.0和1C.1和0D.1和1,,(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇,與電子形成幾乎靜止的整體后,可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子(γ),即已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.110-31kg,反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_(kāi)_______J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子,原因是_________________________________。,,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn):(1)對(duì)核反應(yīng)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,判斷質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)。(2)正電子和負(fù)電子的湮滅,根據(jù)質(zhì)能方程判斷光子的能量。(3)根據(jù)動(dòng)量守恒定律判斷產(chǎn)生光子的個(gè)數(shù)。,【解析】(1)發(fā)生核反應(yīng)前后,粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變,據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0,A項(xiàng)正確。(2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后,質(zhì)量變?yōu)榱?則E=Δmc2,故一個(gè)光子的能量為,代入數(shù)據(jù)得=8.210-14J。正電子與水中的電子相遇,與電子形成幾乎靜止的整體,故系統(tǒng)總動(dòng)量為零,故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的,因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律。,,答案:(1)A(2)8.210-14此過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律,,【探究訓(xùn)練】1.(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A.聚變反應(yīng)中有質(zhì)量虧損,所以必向外界放出能量B.發(fā)生核聚變反應(yīng)必須使核之間的距離接近到10-15m,也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍內(nèi)C.要使核發(fā)生聚變反應(yīng),必須克服核力做功D.熱核反應(yīng)只有在人工控制下才能發(fā)生,,【解析】選A、B。由質(zhì)能方程可知A正確。輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,必須使輕核間的距離達(dá)到能發(fā)生核力的范圍,才能使它們緊密地結(jié)合起來(lái),B正確、C錯(cuò)誤。熱核反應(yīng)必須在很高的溫度下才能發(fā)生,不一定要人工控制,D錯(cuò)。,,2.(多選)下列說(shuō)法正確的是()A.是α衰變方程B.是核聚變反應(yīng)方程C.是核裂變反應(yīng)方程D.是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,,【解析】選B、D。本題主要考查核反應(yīng)方程問(wèn)題,A中方程為人工轉(zhuǎn)變方程,A錯(cuò)誤。B為核聚變方程,B正確。C為α衰變方程,C錯(cuò)誤。D為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,D正確,正確答案B、D。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)下列關(guān)于夸克模型的說(shuō)法正確的是()A.強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的B.夸克的電荷量分別為元電荷的C.每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克D.夸克能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn),,【解析】選A、B、C?？淇瞬荒芤宰杂傻臓顟B(tài)單個(gè)出現(xiàn),D錯(cuò)誤,A、B、C正確。,【課堂小結(jié)】,