19.7核聚变19.8粒子和宇宙-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

19.7核聚变 19.8粒子和宇宙 【基础知识梳理】 一、核聚变 1．核聚变的发生 (1)两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫核聚变.H＋H→He＋n＋17.6 MeV.聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量. (2)核聚变条件：①轻核的距离要达到10－15 m以内． ②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应． (3)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． (4)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． 2.受控热核反应 (1)聚变与裂变相比有很多的优点．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)科学家设想的受控热核反应有两种方案；即磁约束和惯性约束. 【重点】 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？ 答案　轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间的距离达到10－15 m以内；同时由于在此距离时原子核之间的库仑斥力巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度． 【总结】 1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15 m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，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，有一种方法就是给它们加热，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． 3．聚变方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV. 4．重核裂变与轻核聚变的区别 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要大3～4倍 二、粒子和宇宙 1．“基本粒子”不基本 (1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”． (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构． 2．发现新粒子 (1)新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，后来发现了超子等． (2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子． 3．夸克模型的提出 1964年提出的强子的夸克模型，认为强子是由夸克组成的． 【重点】 1．新粒子的发现及特点 发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子 基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与质子之间 质量比质子大 2.粒子的分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注 强子 参与强相互作用 质子、中子等 强子有内部结构，由“夸克”构成 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构 媒介子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子等 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 3.夸克模型 (1)夸克的提出：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)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)． (3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋或－.例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－. (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷． 【例题讲解】 一、单选题 1．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝关于“红星”和“蓝星”表面的温度，下列说法正确的是（　　） A．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏红，所以“红星”表面的温度高 B．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏蓝，所以“蓝星”表面的温度高 C．“红星”和“蓝星”表面的温度一样高 D．恒星的表面颜色与其表面温度无关 2．关于宇宙，下列说法中正确的是（　　） A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星正处于壮年 B．恒星的寿命取决于亮度 C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应 D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上 3．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。