3-6&3-7 核聚变&粒子物理学简介-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-5）

6　核聚变 7　粒子物理学简介 [目标定位]　1.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放的核能.2.知道热核反应，了解可控热核反应及其研究和发展.3.了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史. 一、核聚变 1．定义：两个轻核结合成较重原子核的反应，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫热核反应． 2．能量变化：轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量． 3．核反应举例：n＋17.6 MeV. He＋H→H＋ 4．核反应条件：必须使它们的距离达到10－15 m以内，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变． 5．特点：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．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去． 6．氢弹原理：首先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爆炸． 二、可控热核反应与恒星演化中的核反应 1．聚变与裂变相比有很多优点：(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁． 2．太阳等恒星内部进行的核反应是轻核聚变反应． 三、粒子 1．“基本粒子”不基本 “基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、电子、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．因此，20世纪后半期，就将“基本”去掉，统称粒子． 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：强子、轻子和媒介子． 3．夸克模型 (1)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，认为强子是由夸克构成的． (2)分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的＋，每种夸克都有对应的反夸克．或－ (3)意义：元电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷． (4)夸克的“禁闭” 夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”． 四、3种典型的粒子加速器 1．直线加速器 (1)粒子运动轨迹是一条直线． (2)满足的条件：要保持粒子与高频电场之间的谐振关系． (3)优点：粒子束的强度高． 2．回旋加速器 (1)粒子运动轨迹：在磁场中的匀速圆周运动． (2)满足条件：高频电源的频率等于粒子回旋的频率． (3)优点：粒子被加速到的能量可达40_MeV. 3．对撞机 能够实现两束相对运动的粒子对撞的设备叫对撞机． 工作原理：粒子先在同步加速器中加速，然后射入对撞机，反向回旋在轨道交叉处相互碰撞，获得较大能量． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中[来源:学|科|网Z|X|X|K] 问题1 问题2 问题3 一、对轻核聚变的理解 1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应． 3．聚变方程： n＋γ. He＋H―→H＋ 4．重核裂变与轻核聚变的区别 [来源:学科网] 反应方式 比较项目 重核裂变[来源:学科网ZXXK] 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能[来源:学科网] 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍 核废料 处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多 【例1】　下列说法不正确的是(　　) A.n是聚变 He＋H―→H＋ B.n是裂变 Sr＋2Xe＋n―→U＋ C.He是α衰变 Rn＋Ra―→ D.e是裂变 Mg＋Na―→ 答案　D 解析　A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A选项正确；B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B选项正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C选项是正确的；而D应是β衰变，不正确；故答案为D. 借题发挥　主要核反应类型有： (1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子． (2)人工转变：人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子． (3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子． (4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子． 针对训练1　以下说法正确的是(　　) A．聚变是裂变