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7核聚变8粒子和宇宙,【自主预习】1.核聚变:(1)定义:两个轻核结合成质量_的核的反应。轻核聚变必须在高温下进行,因此又叫_。(2)核反应举例:,较大,热核反应,2.受控热核反应:(1)定义:为了使巨大的热核反应能量不以爆炸的形式释放,而是在_控制下逐渐释放出来并加以_的热核反应。(2)条件:热核燃料加热到非常高的_;热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量。,人工,利用,温度,(3)聚变与裂变的对比优点。轻核聚变_效率高;地球上聚变燃料的储量_;轻核聚变更_。(4)约束核聚变材料的方法:_和惯性约束。,产能,丰富,安全、清洁,磁约束,3.发现新粒子:(1)新粒子的发现:1932年发现了_,1937年发现了_,1947年发现了K介子和介子,迄今发现的粒子已达到400多种。(2)反粒子:实验中发现,许多粒子都存在着质量与它们_,而电荷及其他一些物理性质_的粒子。,正电子,子,相同,相反,(3)分类:强子、_和_。(4)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。,轻子,媒介子,夸克,4.宇宙及恒星的演化:(1)宇宙的演化从_开始。(2)恒星的演化经历了宇宙尘埃,星云团,恒星诞生,最后恒星的热核反应停止后恒星演变为_、_或_。,宇宙大爆炸,白矮星,中子星,黑洞,【预习小测】1.太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的,其核反应主要是(),【解析】选A。太阳内部核聚变是氢原子核的聚变,故A正确;B项中为实现原子核人工转变的反应,C项中为重核裂变,D项中为衰变,均不属聚变反应。故B、C、D不正确。,2.原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量。这几种反应的总效果可以表示为由平衡条件可知()A.k=1,d=4B.k=2,d=2C.k=1,d=6D.k=2,d=3,【解析】选B。由质量数守恒和电荷数守恒,分别有4k+d+2=12,2k+d=6,解得k=2,d=2。正确选项为B。,3.一个氘核与一个氚核发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损。聚变过程中()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】选B。聚变反应出现质量亏损,一定放出能量,由质量数守恒和电荷数守恒可知,生成的新核是,选项B正确。,主题一核聚变【互动探究】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?,提示:(1)微观上:参与反应的原子核必须接近到核力的作用范围内,约为10-15m这种程度,因而必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力做功,由原子核的动能转化为原子核的电势能,使核子之间的核力发生作用,轻核才能聚变成质量较大的核。,(2)宏观上:要使原子核具有足够大的动能,就得把它加热到几百万开尔文的高温,才能使聚变反应发生,因此聚变又叫热核反应。,2.与重核的裂变相比聚变有哪些特点?提示:(1)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。(2)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进行下去。(3)普遍性:热核反应在宇宙的恒星中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的热核反应堆。,3.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?提示:(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,但这是不可控制的。(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。,4.如何实现对热核反应的控制?可控热核反应有哪些优点?提示:(1)可能实现对热核反应的控制方法:磁约束:利用磁场来约束参加反应的物质。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。,(2)可控热核反应的优点:放射性污染小,不产生核废料,核燃料十分丰富。,【探究总结】1.核聚变反应的条件:反应物质应达到极高的温度。2.核聚变反应的特点:(1)释放能量大。(2)一旦反应,可自发进行。(3)不可控制。(4)普遍存在于宇宙中。(5)污染小,核燃料丰富。,【典例示范】关于核聚变的说法正确的是()A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量,则聚变反应一定吸收能量C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度,显然是吸热反应D.聚变和裂变都可以释放出巨大的能量,【解题指南】(1)聚变反应和裂变反应的定义。(2)吸能和放能的判断依据。(3)聚变反应的条件。,【解析】选D。从形式上看聚变和裂变好像是互逆反应,其实不然,两者的反应物和生成物全然不同,裂变是重核分裂成中等核,而聚变是两个轻核聚合为质量较大的轻核,两者不可能互为逆反应,A错;聚变和裂变反应的质量都发生了亏损,故都是放能反应,要放出巨大的能量,B错D对;聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以,上的温度,但一旦反应进行,自身释放的巨大能量足以提供高温使反应继续进行,故聚变反应是放能反应,C错。,【探究训练】1.关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是()A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增加,【解析】选B。在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多,但平均每个核子释放的能量一定大,故A错误、B正确;由于聚变反应中释放出巨大能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故C、D错误。,2.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的,大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应,其核反应方程为那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的。已知的质量为m1，的质量为m2,则下列判断正确的是()A.3m1m2B.3m1m2,即选项A正确。,【补偿训练】(多选)科学家发现在月球上含有丰富的(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为关于聚变下列表述正确的是(),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.聚变反应会有质量亏损D.目前核电站都采用聚变反应发电,【解析】选B、C。聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应发电。综上所述,选项B、C正确。,【通法悟道】衰变、人工转变、裂变和聚变方程的区别(1)衰变是原子核自发地转变为另一种核,并向外辐射出粒子或粒子的反应,衰变根据向外辐射粒子的不同分为衰变和衰变两种。,(2)人工转变通常是用粒子或中子去轰击靶核,靶核俘获入射粒子后产生新的原子核,并放出一个或几个粒子的反应。(3)重核分解成中等质量的核的反应叫裂变,轻核聚合成重核的反应叫聚变。,主题二粒子和宇宙【互动探究】1.结合下表分析粒子的分类及特点。,夸克,介子和重子,内部结构,光子传递电磁相,互作用、中间玻,色子传递弱相互,作用、胶子传递,强相互作用,2.强子和夸克的关系是怎样的?夸克分多少种?它的带电性是怎样的?什么是夸克的“禁闭”?提示:夸克是强子的基本组成成分;夸克有6种:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克;它们带的电荷分别为元电荷的每种夸克都有对应的反夸克;夸克不能以自由的状态单个出现的性质,叫夸克的“禁闭”。,3.什么是反粒子?所有的粒子都存在反粒子吗?提示:实验发现,许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子,叫反粒子。按照粒子的对称性,有一个粒子,就应该有一个反粒子。,4.“夸克模型”的提出有什么物理意义?提示:夸克模型的提出是物理学发展史中的一个重大突破,它指出电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。而另一方面也说明科学正是由于一个一个的突破才得到进一步的发展。,【探究总结】1.粒子:强子、轻子和媒介子。2.夸克:是强子的基本组成成分,有6种,带的元电荷。,【典例示范】在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测。1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中的核反应,间接地证实了中微子的存在。,(1)中微子与水中的发生核反应,产生中子和正电子即中微子可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是_。(填写选项前的字母)A.0和0B.0和1C.1和0D.1和1,(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体后,可以转变为两个光子(),即已知正电子和电子的质量都为9.110-31kg,反应中产生的每个光子的能量约为_J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是_。,【解题指南】解答本题时应注意以下三点:(1)对核反应根据质量数和电荷数守恒,判断质量数和电荷数。(2)正电子和负电子的湮灭,根据质能方程判断光子的能量。(3)根据动量守恒定律判断产生光子的个数。,【解析】(1)发生核反应前后,粒子的质量数和电荷数均不变,据此可知中微子的质量数和电荷数都是0,A项正确。(2)产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后,质量变为零,则E=mc2,故一个光子的能量为,代入数据得=8.210-14J。正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体,故系统总动量为零,故如果只产生一个光子是不可能的,因为此过程遵循动量守恒定律。,答案:(1)A(2)8.210-14此过程遵循动量守恒定律,【探究训练】1.(多选)下列说法中正确的是()A.聚变反应中有质量亏损,所以必向外界放出能量B.发生核聚变反应必须使核之间的距离接近到10-15m,也就是接近到核力能够发生作用的范围内C.要使核发生聚变反应,必须克服核力做功D.热核反应只有在人工控制下才能发生,【解析】选A、B。由质能方程可知A正确。轻核结合成质量较大的核,必须使轻核间的距离达到能发生核力的范围,才能使它们紧密地结合起来,B正确、C错误。热核反应必须在很高的温度下才能发生,不一定要人工控制,D错。,2.(多选)下列说法正确的是()A.是衰变方程B.是核聚变反应方程C.是核裂变反应方程D.是原子核的人工转变方程,【解析】选B、D。本题主要考查核反应方程问题,A中方程为人工转变方程,A错误。B为核聚变方程,B正确。C为衰变方程,C错误。D为原子核的人工转变方程,D正确,正确答案B、D。,【补偿训练】(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,【解析】选A、B、C。夸克不能以自由的状态单个出现,D错误,A、B、C正确。,【课堂小结】,
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