第5章 第4、5节 核裂变与核聚变“基本”粒子（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第4、5节　核裂变与核聚变　“基本”粒子 核心素养导学 物理观念 (1)了解核裂变反应及链式反应的条件。 (2)了解核聚变反应的条件。 (3)初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。 科学思维 热核反应可能的控制方法。 科学探究 核电站的组成及工作原理。 科学态度与责任 (1)了解两类核能应用的利弊，关注技术应用对人类生活和社会发展的影响。 (2)感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，形成相对完整、科学的物质观念。 一、核裂变 1．核裂变的发现 (1)发现：1938年年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了铀核的裂变。 (2)定义：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。 (3)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n。 (4)链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去的核裂变反应。 (5)链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂变物质的质量大于等于临界质量。 2．反应堆：可以控制链式反应释放核能的装置。 3．核电站 (1)组成 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、重水或普通水作慢化剂。 ③控制棒：由吸收中子能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速度。 (2)工作原理：核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高。 (3)能量输出：利用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，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核反应堆用过的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 二、核聚变 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应。 2．典型的核反应方程：H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离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，因此核聚变又叫热核反应。 4．太阳能：太阳的主要成分是氢，太阳的中心温度可达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。 5．应用：目前，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。 6．聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高。第二：地球上核聚变燃料氘储量丰富。第三：轻核聚变更为安全、清洁。 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 (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：在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应，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。 三、“基本”粒子 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。后来发现了电子、质子和中子，于是认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。 (2)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。 2.发现新粒子 (1)20世纪50年代前发现的新粒子：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，及以后的质量比质子的质量大的超子。 (2)20世纪，70年代以后发现的新粒子 1971～1980年间发现τ子、胶子、J/Ψ介子 1981～1990年间发现W和Z玻色子 1991～2000年间发现τ子中微子 2001～至今发现希格斯玻色子 (3)反粒子：质量、寿命、自旋等物理性质与过去已发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。 3．粒子的分类 现在发现的粒子达400多种，它们可大体分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子四大类。 4．夸克模型 1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克，夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 1.如图所示，为铀核裂变示意图，请对以下说法作出判断： (1)铀核裂变是一种天然放射现象。(×) (2)铀核裂变的