全国通用版2018-2019高中物理第十九章原子核第7节核聚变第8节核裂变课件新人教版选修3 .ppt

第十九章 原子核 第七节核聚变第八节粒子和宇宙 学习目标 知识导图 课前预习 知识点1 核聚变 质量较大 10 15 库仑斥力 几百万 热核反应 3 应用目前 热核反应主要用在核武器上 那就是 需要用 爆炸产生的高温高压引发核爆炸 4 太阳能太阳的主要成分是 太阳中心温度可达1 5 107K 在此高温下 氢核聚变成氦核的反应不停地进行着 太阳能就来自于太阳内部 释放的核能 氢弹 原子弹 氢 聚变 1 聚变与裂变相比有很多优点 1 轻核聚变产能 2 地球上聚变燃料的储量 3 轻核聚变更为 2 聚变的难点地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温 知识点2 受控热核反应 效率高 丰富 安全 清洁 3 控制方法 1 磁约束 利用磁场约束参加反应的物质 目前最好的一种磁约束装置是 2 惯性约束 聚变物质因自身的惯性 在极短时间内来不及扩散就完成了核反应 在惯性约束下 用 从各个方向照射反应物 使它们 挤 在一起发生反应 环流器 激光 1 基本 粒子19世纪末 许多人认为光子 电子 和 是组成物质的不可再分的最基本粒子 2 发现新粒子 1 从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子 它们不是由 组成 2 科学家进一步发现质子 中子等本身也是复合粒子 且还有着 的结构 3 探测工具粒子 和粒子 是研究粒子物理的主要工具 知识点3 基本粒子 不基本 质子 中子 质子 中子 电子 复杂 加速器 探测器 1 新粒子1932年发现了 1937年发现了 1947年发现了K介子和 介子及以后的超子等 2 粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系 可将粒子分为三大类 和 知识点4 发现新粒子 正电子 子 强子 轻子 媒介子 组成强子的粒子有六种夸克 分为上夸克和下夸克 奇夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 所带电荷分别为元电荷的 或 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 知识点5 夸克模型 知识点6 宇宙与恒量的演化 强子 轻子 核合成 恒星 星云团 判一判 1 核聚变时吸收能量 2 核聚变平均每个核子放出的能量 比裂变反应中平均每个核子放出的能量大 3 实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 4 质子 中子不能再分 5 夸克的带电量是电子电荷的整数倍 6 太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦 以电磁波的形式向外辐射核能 解析 方程 1 属于重核裂变 方程 2 属于轻核聚变 选项A错误而B正确 由质量数和电荷数守恒得 k 10 d 1 选项C正确而D错误 BC 想一想 万物生长靠太阳 如图 太阳在我们日常生活中是不可替代的 它提供给地球足够的能源 如果说太阳一旦没有了 那么地球上的一切生物都将随之消失 你知道太阳的能量来源吗 答 来源于太阳内部的核聚变反应 课内探究 如图为氢弹原理示意图 1 核聚变需要满足什么条件 2 为什么要用原子弹才能引爆氢弹 提示 1 要使轻核聚变 必须使轻核接近核力发生作用的距离10 15m 2 它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸 探究一轻核的聚变 1 轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看 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 聚变发生的条件要使轻核聚变 就必须使轻核接近核力发生作用的距离10 15m 但是原子核是带正电的 要使它们接近10 15m就必须克服很大的库仑斥力作用 这就要求原子核应具有足够的动能 方法是给原子核加热 使其达到几百万度的高温 3 核聚变的特点 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 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着 太阳就是一个巨大的热核反应堆 4 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聚变爆炸 2 可控热核反应 目前处于探索阶段 太阳现在正处于主序星演化阶段 它主要是由电子和质子 氦核等组成 维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应 核反应为两个电子与四个质子聚变为氦 已知太阳的质量为2 1030kg 太阳向周围空间辐射能量的总功率为3 8 1026W 1 写出上述聚变反应的方程 2 已知质子质量mp 1 67 10 27kg 氦核质量m 6 6458 10 27kg 电子质量me 9 0 10 31kg 光速c 3 0 108m s 求每发生一次上述核反应所释放的能量 3 根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量 太阳还能用多少年 典例1 解题指导 1 聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒 2 核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损 然后根据受因斯坦质能方程求解 3 由m t m求时间 A 解析 根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子 故B错误 根据质能方程知 E mc2 2 0136u 3 0150u 4 00151u 1 00783u 931 5MeV 17 9MeV 故A正确 因为聚变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量减小 但是质量数不变 选项C错误 目前我国的秦山 大亚湾等核电站广泛使用重核裂变反应发电 选项D错误 故选A 如图所示为粒子发展示意图 1 为什么现在将 基本 二字去掉 统称为粒子 2 为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破 探究二新粒子的发现和夸克模型 提示 1 随着科学的发展 科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子 中子 电子组成的 又发现质子 中子等本身也有自己的复杂结构 所以现在将 基本 二字去掉 统称为粒子 2 夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破 它指出电子电荷不再是电荷的最小单元 即存在分数电荷 2 粒子的分类 特别提醒 粒子具有对称性 有一个粒子 必存在一个反粒子 所以每种夸克都有对应的反夸克 典例2 A 8 2 10 14 此过程遵循动量守恒定律 解题指导 1 由核反应过程质量数和电荷数守恒判断 2 根据E mc2和动量守恒求解 AD 解析 根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量 由电荷守恒定律可得A D正确 B C错误 素养提升 轻核聚变与重核裂变的区别 案例 AC