第5章 4,5 核裂变与核聚变 “基本”粒子（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】人教版

4　核裂变与核聚变 5　“基本”粒子 [学业要求] 1．知道重核的裂变反应。 2．知道链式反应的产生条件。 3．了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型。 4．了解聚变反应的特点及其条件。 5．了解可控热核反应及其研究和发展，会判断和填写核聚变方程，并能计算核聚变释放的能量。 6．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量。 7．知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型。 一、核裂变 1．核裂变：重核被__中子__轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核的核反应。 2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的裂变是U＋n―→Ba＋Kr＋__3n__。 3．链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应__一代接一代__继续下去的过程叫核裂变的链式反应。 4．临界体积和临界质量：通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5．核裂变的能量：1 kg铀235全部发生核裂变放出的能量相当于2800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能。 二、反应堆与核电站 1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是__核反应堆__，它主要由以下几部分组成： (1)燃料：__铀棒__； (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用__石墨__、__重水__和__普通水__作慢化剂； (3)控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收__中子__的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些__中子__，链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作控制棒。 2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。 3．能量输出：核燃料__发生核裂变__释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__循环流动__，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。 4．核污染的处理：为避免__射线__对人体的伤害和__放射性物质__对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的__水泥层__，用来屏蔽核裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的__放射性__，需要装入特制的容器，__深埋__地下。 三、核聚变 1．定义：两个__轻核__结合成质量较大的核的核反应。 2．典型的核聚变：H＋H―→__He__＋n＋17.6 MeV。 3．条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的__库仑斥力__。这就要求原子核具有足够的动能，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__。 4．应用：目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，那就是__氢弹__。需要用__原子弹__爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 5．太阳能：太阳的主要成分是__氢__，太阳中心温度可达1.6×107 K，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__核聚变__释放的核能。 6．聚变的优点：第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上核聚变氘燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全、清洁，控制温度，可控制反应，而且生成的废物数量少、易处理。 7．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。 8．控制方法设想 (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__环流器__。 (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__高能量密度的激光__从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。 四、粒子和宇宙 1．“基本粒子”不基本 (1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、__质子__和__中子__是基本粒子。 (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__μ子__，1947年发现K介子和π介子及以后的超子、__反粒子__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：__强子__、轻子、__规范玻色子__和__希格斯玻色子__。 1．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．铀核的裂变是一种天然放射现象 B．铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去 C．中子的速度越快，越容易发生铀核裂变 D．实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受热核反应所需的温度 答案　BD 2．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为H＋H―→He＋x，式中x是某种粒子。已知H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、