19.7 核聚变-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

19.7　核聚变 学习目标 1．知道聚变反应的特点。 2．能写出聚变方程并计算聚变能量。 3．了解可控热核反应。 重点：核聚变反应特点及应用。 难点：核裂变反应释放的能量 知识点一、聚变及其条件 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。例如H＋H―→He＋n 2．轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能：较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。所以平均每个核子释放的能量就更大。 （1）氢的聚变反应：H +H→H +H +4 MeV、 H＋H→He＋dn +17.6 MeV （2）轻核聚变是放能反应：比较比结合能的图线，聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。 3．核聚变发生的条件—微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使原子核接近到这种程度，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。有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达几百万开尔文，因此聚变又叫热核反应。 宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 4．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。太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有7亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！ 【题1】（多选）下列关于聚变的说法中，正确的是 A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫作热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行 5．轻核聚变与重核裂变的区别 重核裂变 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 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 废料处理 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变235U在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。1L海水中大约有0.03g氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300L汽油相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，核电站是用裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 6．应用 （1）目前，热核反应主要用在核武器上，那就是氢弹。 氢弹爆炸原理是需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。 （2）太阳能：太阳的主要成分是氢，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聚变释放的核能。 【题2】我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有： （1）U＋n→Sr＋Xe＋kn；（2）H＋H→He＋dn； 关于这两个方程，下列说法正确的是 A．方程（1）属于α衰变 B．方程（2）属于轻核聚变 C．方程（1）中k＝10，方程（2）中d＝1 D．方程（1）中k＝6，方程（2）中d＝1 【题3】下列说法正确的是 A．N＋H→C＋He是α衰变方程 B．H＋H→He＋γ是核聚变反应方程 C．U→Th＋He是核裂变反应方程 D．He＋Al→P＋n是原子核的人工转变方程 【题4】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mα＝6.