2017人教版高中物理选修3-5（课件+检测）:第十九章 7　核聚变　8　粒子和宇宙 （2份打包）

7核聚变 8 粒子和宇宙 目标导航 学习目标 1.知道什么是核聚变,能说出发生核聚变的条件。 2.会书写核聚变反应方程,能用质能方程计算核聚变释放的核能。 3.了解粒子的分类,知道夸克模型。 4.初步了解恒星、宇宙的形成及演化理论。 重点难点 重点:核聚变条件及核聚变方程。 难点:核聚变反应能量的计算。 激趣诱思 你知道中微子吗?中微子(如图所示)和质子、电子一样,也是构成粒子的基本粒子之一。可它是一种奇妙的基本粒子,它不带任何电荷,呈中性,质量极小,静止质量为零;它能以接近光速的速度直线前进,方向性极好,也不发生反射、折射和散射;它能量大,穿透力极强。因为电磁不能穿过厚厚的地层,而中微子却能轻而易举地穿过地球。科学家就是利用中微子这种奇特的特性来改善今天的通信。它具有什么优点? 简答:作为传输信息的一种更具优越性的无线通讯方式,它传输极远,不受障碍的限制,不怕外界干扰,保密性极好。 预习导引 一、核聚变 1.核聚变 把两个质量较轻的原子核结合成质量较大的核,这种释放核能的反应称为轻核聚变。由于这种核反应需在几百万度的高温下进行,因此,聚变又叫热核反应。 2.典型的核聚变 一个氘核和一个氚核的聚变,H→He+n+γ。　 3.轻核聚变能释放更多的核能 轻核聚变有质量亏损,是放能核反应,核能的计算仍是用爱因斯坦质能方程。相同质量的燃料,聚变比裂变时产生的能量多。太阳内部进行着激烈的热核反应。 预习交流 氢弹与原子弹有什么区别? 答案:原子弹利用核裂变,是由中子轰击铀235或钚239,使其原子核裂开产生能量;氢弹利用的是核聚变。相对来说,核聚变要难实现,因为引爆核聚变的温度高达上千万度,所以要由原子弹引爆氢弹,原子弹放出来的高能中子与氘化锂反应生成氚,氚和氘聚合产生能量。当然,氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,因为氢弹不受裂变临界体积的限制,所以爆炸当量可以做得很大,因而威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。 二、受控热核反应 1.聚变与裂变相比有很多的优点 第一,轻核聚变产能效率高; 第二,地球上聚变燃料的储量丰富; 第三,轻核聚变更为安全、清洁。 2.科学家设想的两种受控热核反应方案 磁约束和惯性约束。 三、“基本粒子”不基本 在19世纪末,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子,20世纪后半期,科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构,于是基本粒子不再“基本”。 四、发现新粒子 1.新粒子 1932年发现正电子,1937年发现μ子,1947年发现K介子和π介子;以后又发现了质量比质子大的粒子叫作超子。 2.反粒子 实验中发现,对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子,叫作反粒子。例如,电子的反粒子是正电子,质子的反粒子是反质子等。 3.粒子的分类 按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类:强子、轻子和媒介子。 五、夸克模型 1.夸克 强子(质子、中子)有着自己复杂的结构,它们有更为基本的成分组成,科学家认为这种成分叫夸克。 2.分类 上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克共有六种,它们所带的电荷量分别为元电荷的+或-。每种夸克都有对应的反夸克。 3.意义 夸克理论的最大突破是电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。 4.夸克禁闭 夸克不能以自由的状态单个出现,这种性质称为夸克禁闭。 六、宇宙的演化 宇宙起源于一次大爆炸,这种理论被称为宇宙大爆炸理论。 宇宙大爆炸恒星和星系 七、恒星的演化 恒星的最后归宿是:质量小于太阳质量的 1.4倍的恒星会演变成白矮星,即体积很小,质量不太小的恒星;质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星,会演变成中子星;更大质量的恒星,会演变成“黑洞”。 一、　核聚变 知识精要 聚变发生的条件 要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,但是原子核是带正电的,要使它们接近10-15 m就必须克服电荷间很大的斥力作用,这就要求使核具有足够的动能。要使原子核具有足够大的动能,就要给核加热,使物质达到几百万摄氏度的高温。综上所述,核聚变只有在超高温条件下才能发生。 思考探究 随着科技的发展,不久的将来,汽车不再烧油,而改烧海水,你相信这能实现吗? 氘核和氚核聚变示意图 答案:相信。热核反应的燃料之一,氢的同位素——氘的储量丰富,每升海水中就含有0.03 g氘核,这些氘核完全聚变释放的能量约和燃烧300 L汽油相当。 典题例解 【例1】 以下说法正确的是(　　) A.聚变是裂变的逆反应 B.如果裂变释放能量,则聚变反应必定吸收能量 C.聚变须将反应物加热至数百万摄氏度以上的高温,显然是吸收能量 D.裂变与聚变均可释放巨大的能量 解析:从形式上看,裂变