2017-2018学年[状元之路]高中物理人教版选修3-5（课件+学案+随堂检测）第19章原子核 （16份打包）

7　核聚变 8　粒子和宇宙 [学习目标] 1.了解核聚变及其特点和条件.2.会判断和书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量.3.知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型.4.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化． 一、核聚变 [导学探究]　1.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，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15 m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，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． 2．目前人们实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？如何实现对热核反应的控制？ 答案　(1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是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反应，但这是不可控制的． (2)实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温． (3)可能实现对热核反应的控制方法： 磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置． 惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应． [知识梳理]　对核聚变的认识 1．聚变 两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应． 2．聚变方程 n＋17.6 MeV. He＋H―→H＋ 3．聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷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． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)核聚变时吸收能量．(　×　) (2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．(　√　) (3)轻核聚变比裂变更完全、清洁．(　√　) (4)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．(　√　) 二、粒子和宇宙 [导学探究]　强子和夸克的关系是怎样的？夸克分多少种？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？ 答案　夸克是强子的基本组成成分；夸克有6种：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的＋，每种夸克都有对应的反夸克；夸克不能以自由的状态单个出现的性质，叫夸克的“禁闭”． 或－ [知识梳理]　对粒子和宇宙的理解 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介子及以后的超子等． (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、轻子和媒介子． 3．夸克模型的提出 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． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)质子、中子不能再分．(　×　) (2)夸克的带电荷量是电子电荷的整数倍．(　×　) 一、核聚变的特点及应用 1．核聚变的特点 (1)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． (2)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． (3)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． (4)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． 2．核聚变的应用 (1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸． (2)可控热核反应：目前处于探索阶段． 3．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 核废料 处理难度 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，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富.1 L水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油释放的能量相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变