高中物理 第19章 第7节 核聚变课件 新人教版选修3-5.ppt

第十九章原子核 第7节核聚变 栏目链接 学习目标 1 知道核聚变的概念及其研究的进展 2 知道什么是受控聚变反应 3 通过核能的利用 思考科学技术与社会的关系 1 聚变 轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变 例如 2 热核反应 轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量 这种在很高温度下产生的聚变又叫热核反应 注 使轻核反生聚变 必须使它们的距离十分接近 达到10 15m的近距离 由于原子核都是带正电的 要使它们接近到这种程度 必须克服巨大的库仑斥力 栏目链接 这就要使原子核具有很大的动能 用什么办法能使大量原子核获得足够的动能来产生聚变呢 有一种办法就是给它们加以很高的温度 当物体达到几百万摄氏度的高温时 剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能 可以克服相互间的库仑斥力 在碰撞时发生聚变 因此 聚变反应又叫热核反应 3 轻核聚变和重核裂变的对比 栏目链接 尝试应用1 多选 北京奥运会的相关场馆建设大量采用对环境有益的新技术 如奥运会场馆周围80 的路灯利用了太阳能发电技术 奥运会90 的洗浴热水采用了全玻璃真空管型太阳能集热技术 太阳能的产生是太阳内部高温高压条件下的核反应形成的 下列说法正确的是 AC 解析 太阳能是太阳内部核聚变反应产生的 反应中释放出能量是因为核子的平均质量较的大 故A C正确 栏目链接 1 热核反应的优点 与裂变相比 1 产生的能量大 2 反应后生成的放射性物质易处理 3 热核反应的燃料在地球上储量丰富 2 实现核聚变的难点 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 为解决这个难题 科学家设想了两种方案 即磁约束和惯性约束 尝试应用2 太阳内部持续不断地发生着4个质子 聚变为1个氦核 的热核反应 核反应方程是 这个核反应释放出大量核能 已知质子 氦核 X的质量分别为m1 m2 m3 真空中的光速为c 下列说法中正确的是 D A 方程中的X表示中子 B 方程中的X表示电子 C 这个核反应中质量亏损D 这个核反应中释放的核能 解析 由质量数守恒和电荷数守恒知 X为 A B均错 该反应中质量亏损 C错 D对 恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应 当温度达到108K时 可以发生 氦燃烧 完成 氦燃烧 的核反应方程 是一种不稳定的粒子 其半衰期为2 6 10 16s 一定质量的 经后所剩下的占开始时的 审题指导 1 由题意结合核反应方程满足质量数和电荷数守恒可得答案 2 由题意可知经过3个半衰期 剩余的的质量 解析 根据电荷数守恒 质量数守恒 知未知粒子的电荷数为2 质量数为4 为 经 知经历了3个半衰期 所剩占开始时的答案 或 或12 5 点评 本题考查了核反应方程 半衰期 动量守恒定律 变式训练1 下列说法中正确的是 A A 中子和质子结合成氘核时放出能量B 升高放射性物质的温度 可缩短其半衰期 C 某原子核经过一次 衰变和一次 衰变后 核内中子数减少4个D 射线的电离作用很强 可用来消除有害静电解析 轻核聚变时放出能量 半衰期是物质的本身属性与温度无关 经过一次 衰变中子数减2 一次 衰变后 中子数减1 射线的穿透作用很强 射线的电离作用很强 轻核聚变时放出能量 所以中子和质子结合成氘核时放出能量 故A正确 半衰期是物质的本身属性与温度无关 故B错误 经过一次 衰变中子数减2 一次 衰变后 中子数减1 所以某原子核经过一次 衰变和一次 衰变后 核内中子数减少3个 故C错误 射线的穿透作用很强 射线的电离作用很强 故D错误 多选 据新华社报道 由我国自行设计 研制的世界第一套全超导核聚变实验装置 又称 人造太阳 已完成了首次工程调试 下列关于 人造太阳 的说法正确的是 A 人造太阳 的核反应方程式是B 人造太阳 的核反应方程式是 C 根据公式可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D 根据公式可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同 审题指导 1 理解核聚变与核裂变的原理 可确定这两种核反应的方程式 2 核聚变都是氘核和氚核进行的核聚变反应 所有的核聚变和裂变都可以根据爱因斯坦质能方程求释放的能量 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大3 4倍 质量相同时 核子数更多 放出能量更多 解析 人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应 故A正确 质量较重的铀核通过核反应产生两个中等质量的钡核和氪核 属于重核的核裂变 故B错误 相同质量的核燃料 发生核聚变反应所释放出的核能比发生核裂变反应所释放的能量更加巨大 故C正确 D错误 答案 AC点评 本题考查核聚变与核裂变方程式 以及利用爱因斯坦质能方程比较发生这两种核反应时放出的能量 变式训练2 多选 太阳内部有多种热核反应 其中的一个反应方程是 若已知的质量为的质量为的质量为 X的质量为 则下列说法中正确的是 AB A X是中子B 这个反应释放的核能为C 在常温下就能够发生聚变D 核反应堆产生的能量来自轻核聚变解析 根据质量数守恒和电荷数守恒 得到X的质量数和电荷数 即可得到X是什么粒子 聚变不能在常温下发生 栏目链接 根据爱因斯坦质能方程 求解核反应释放的核能 我国大亚湾核电站就是利用重核的裂变释放的能量来发电的 根据质量数守恒和电荷数守恒得到 X的质量数为1 电荷数为0 则X是中子 故A正确 该方程的质量亏损为 m E 故B正确 在常温下不能发生聚变 只有在高温下才能发生聚变 故C错误 我国大亚湾核电站就是利用重核的裂变释放的能量来发电的 故D错误 1994年3月 中国科技大学研制成功了比较先进的HT 7型超导托卡马克 托卡马克 Tokamak 是研究受控核聚变的一种装置 这个词是toroidal 环形的 kamera 真空室 magnet 磁 的头两个字母以及katushka 线圈 的第一个字母组成的缩写词 根据以上信息 下列说法不正确的是 A 这种装置的核反应原理是轻核的聚变 同时释放出大量的能量 与太阳发光的原理类似 B 这种装置同我国秦山核电站 大亚湾核电站所使用核装置反应原理相同C 这种装置可以控制热核反应速度 使聚变能缓慢而稳定地释放D 这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多 审题指导 1 本题需要从题目所给条件中分析主要内容 结合问题作答 2 目前所有具有使用价值的核反应堆全部采用核裂变模式 但是 核聚变也是核能利用的一种形式 只是核聚变的速度太快 只有能够控制 才能利用 解析 轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应称聚变反应 又称为热核反应 它需要极大的压强和极高的温度 原因是自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行 A正确 目前核电站是利用核裂变释放能量发电 B错误 当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时 原子核就可以克服斥力聚合在一起 如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间 这种聚变反应就可以稳定地持续进行 C正确 这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多 D正确 答案 B 栏目链接 变式训练3 多选 2006年2月4日 由中科院等离子体物理研究所设计 制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕 进入抽真空降温试验阶段 其目的是建成一个受控核聚变反应堆 届时就相当于人类为自己制造了一个小太阳 可以得到无穷尽的清洁能源 据专家介绍 今年七 八月份如能按期完成首次放电实验 合肥将成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方 核聚变的主要原料是氘 在海水中含量极其丰富 A 两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子B 两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子C 两个氘核聚变成一个所释放的核能为D 与受控核聚变比较 现行的核反应堆产生的废物具有放射性 已知氘核的质量为 中子的质量为的质量为 质子的质量为 则下列说法中正确的是 BD 解析 根据电荷数守恒 质量数守恒确定未知粒子的种类 根据爱因斯坦质能方程求出释放的核能 由核反应方程可知 X应为中子 故A错误 B正确 释放的核能应为 E 故C错误 聚变反应的污染非常小 而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性 故B D正确 A C错误