高中物理 19.7 核聚变 19.8 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5
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人教版选修3-5 19.7核聚变 19.8粒子和宇宙(共30张PPT)
强子
轻子
媒介子
介子 重子
电子、电子中 光子，中间
微子、μ子、 玻色子、胶
π K 质子、中 μ子中微子、 子
介 介 子、超子 τ子、τ子中
子子
微子
4．夸克模型
• 1964年提出夸克模型，
认为强子由更基本的成
分组成，这种成分叫做
夸克（quark）。
盖 尔
• 1995美国费米国家加 曼
速器实验室证实了顶夸
磁约束 ——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛仑兹力的 作用而不飞散，因此，有可能利用磁场来约束参 与反应的物质，这就是磁约束。环流器是目前性 能最好的一种磁约束装置，图19.7-3是其结构示 意图。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应 的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散 就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个 方向照射参与反以反应的物质，使它们“挤”在一起 发生反应
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
• 例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克
（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u
• 或反夸克d）组成的，它们的带电荷量如下表
所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是AD
（）
• A.π+由u和 d 组成
π+ π- u d u d
(3)1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
解析：(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为 N，依据
能量关系PΒιβλιοθήκη N Δ4 E ，有N＝ 4m
p－m4αP－2mec2.
在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放 出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953 年， 莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统， 利用中微子与水中 11H 的核反应，间接地证实了中微子的存在．
19-7.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5课件
分类例析
【变式 1】 据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一 套全超导核聚变实验装置 (又称“人造太阳”)已完成了首次 工程调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )． 3 4 1 A． “人造太阳”的核反应方程是2 H ＋ H → He ＋ 1 1 2 0n 1 141 92 1 B． “人造太阳”的核反应方程是235 U ＋ n → Ba ＋ Kr ＋ 3 92 0 56 36 0n C． “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Δ E＝Δ mc2 1 2 D． “人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝ mc 2
分类例析
解析
媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内
部结构，故A正确．反粒子与其对应的正粒子带等量异种电 荷，反粒子与其对应的正粒子相遇时会发生湮灭现象，故C 正确．质子是最早发现的强子，故D正确． 答案 ACD
分类例析
【变式4】 根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子
家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒
子是 A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氦核、氚核、氦子等轻核 解析 由大爆炸理论可知，大爆炸之后最早产生的粒子是 ( )．
夸克、轻子、胶子等粒子，故A选项正确． 答案 A
分类例析
分类例析
借题发挥
主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自
发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工 转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒 子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变： 核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核， 并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．
分类例析
【变式 1】 据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一 套全超导核聚变实验装置 (又称“人造太阳”)已完成了首次 工程调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )． 3 4 1 A． “人造太阳”的核反应方程是2 H ＋ H → He ＋ 1 1 2 0n 1 141 92 1 B． “人造太阳”的核反应方程是235 U ＋ n → Ba ＋ Kr ＋ 3 92 0 56 36 0n C． “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Δ E＝Δ mc2 1 2 D． “人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝ mc 2
分类例析
解析
媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内
部结构，故A正确．反粒子与其对应的正粒子带等量异种电 荷，反粒子与其对应的正粒子相遇时会发生湮灭现象，故C 正确．质子是最早发现的强子，故D正确． 答案 ACD
分类例析
【变式4】 根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子
家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒
子是 A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氦核、氚核、氦子等轻核 解析 由大爆炸理论可知，大爆炸之后最早产生的粒子是 ( )．
夸克、轻子、胶子等粒子，故A选项正确． 答案 A
分类例析
分类例析
借题发挥
主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自
发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工 转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒 子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变： 核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核， 并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．
分类例析
人教版高中物理选修3-5课件第十九章7-8粒子和宇宙
（1）计算释放出的结合能； （2）若反应前两氘核的动能均为 Ek0＝0.35 MeV， 它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动 能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
解析：（1）核反应方程为21H＋21H→10n＋32He. 该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u. 由质能方程得释放出的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV. （2）将两氘核作为一个系统，由动量守恒有 0＝mHevHe＋mnvn，① 由动能守恒有：12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋2Ek0.② 由①②代入数据得 EkHe＝0.99 MeV，Ekn＝2.97 MeV. 答案：（1）3.26 MeV （2）0.99 MeV 2.97 MeV
小试身手 2.关于粒子，下列说法中不正确的是（ ） A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒 子 B.质子、中子本身也有复杂的结构 C.质子是带电的强子 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，B对；不同的夸克组
答案：ABC
知识点二 粒子和宇宙
提炼知识 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．
解析：（1）核反应方程为21H＋21H→10n＋32He. 该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u. 由质能方程得释放出的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV. （2）将两氘核作为一个系统，由动量守恒有 0＝mHevHe＋mnvn，① 由动能守恒有：12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋2Ek0.② 由①②代入数据得 EkHe＝0.99 MeV，Ekn＝2.97 MeV. 答案：（1）3.26 MeV （2）0.99 MeV 2.97 MeV
小试身手 2.关于粒子，下列说法中不正确的是（ ） A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒 子 B.质子、中子本身也有复杂的结构 C.质子是带电的强子 D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，B对；不同的夸克组
答案：ABC
知识点二 粒子和宇宙
提炼知识 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．
高中物理 第19章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙课件5高二选修35物理课件
考点一：对核聚变的理解 考点二：核反应类型的判断 考点三：计算核聚变释放的核能 考点四：涉及基本粒子的信息题
考点热度 ★★★★ ★★★★★ ★★★★★ ★★★★
12/9/2021
第九页，共四十八页。
规律方法
12/9/2021
第十页，共四十八页。
考点一 对核聚变的理解 掌握两个要点： 1．核聚变释放能量的原因：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，质量亏损． 2．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，这要克服电荷间强大的斥力作用，要 求轻核具有足够大的动能，通过几百万 K 的高温来实现．
质子即为－11H，假若使一束质子、反质子、α 粒子和反 α 粒子组成的射线，通过速度选择器沿 OO′进入匀强
磁场 B2 形成 4 条径迹，则( A．1、2 是反粒子径迹
) B．3、4 为反粒子径迹
12/9/2021
第十四页，共四十八页。
【解析】 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到 10－15 m， 所以必须克服库仑斥力做功，达到核力作用的范围，A 项错误； 原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的 范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这 样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故 B、C 两 项正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，D 项正确．
C．π－由 u 和 d 组成
12/9/2021
D．π－由 d 和 u 组成
第三十一页，共四十八页。
【解析】 因π＋介子带有＋e 的电量，且是由一个夸克和一 个反夸克组成的，则只有 u 带＋23e 和一个反夸克 d 带＋13e 合成 后电量为 e，那么π＋介子就是由夸克 u 和反夸克 d 组成的；同 理，π－介子由夸克 d 和反夸克 u 组成，所以 A、D 两项正确．
考点热度 ★★★★ ★★★★★ ★★★★★ ★★★★
12/9/2021
第九页，共四十八页。
规律方法
12/9/2021
第十页，共四十八页。
考点一 对核聚变的理解 掌握两个要点： 1．核聚变释放能量的原因：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，质量亏损． 2．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，这要克服电荷间强大的斥力作用，要 求轻核具有足够大的动能，通过几百万 K 的高温来实现．
质子即为－11H，假若使一束质子、反质子、α 粒子和反 α 粒子组成的射线，通过速度选择器沿 OO′进入匀强
磁场 B2 形成 4 条径迹，则( A．1、2 是反粒子径迹
) B．3、4 为反粒子径迹
12/9/2021
第十四页，共四十八页。
【解析】 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到 10－15 m， 所以必须克服库仑斥力做功，达到核力作用的范围，A 项错误； 原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的 范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这 样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故 B、C 两 项正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，D 项正确．
C．π－由 u 和 d 组成
12/9/2021
D．π－由 d 和 u 组成
第三十一页，共四十八页。
【解析】 因π＋介子带有＋e 的电量，且是由一个夸克和一 个反夸克组成的，则只有 u 带＋23e 和一个反夸克 d 带＋13e 合成 后电量为 e，那么π＋介子就是由夸克 u 和反夸克 d 组成的；同 理，π－介子由夸克 d 和反夸克 u 组成，所以 A、D 两项正确．
物理：19.8《粒子和宇宙》PPT课件(新人教版 选修3-5)
A．
B．
C．
D．
介子、重子（质 子、中子，超子）
轻子
不参与强相 互作用的粒 子
媒介子
传递相互作 用的粒子
电子，电子中微 子，μ子、μ子中 微子、τ子、τ子 中微子 光子，中间波色 子，胶子
中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小，几 乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。太阳 内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼 睛的中微子数以十亿计。 大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的 产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光 （核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星 爆发等等
一、“基本粒子”不基 本
最开始人们认为光子、电子、中子、质子 是组成物质的不可再分的最基本粒子 后来科学家们发现了许多不同新粒子 而且质子中子本身也有复杂结构 所以，基本粒子不基本。
ห้องสมุดไป่ตู้
二、发现新的粒子
1932年，发现正电子 1937年，发现μ子 1947年，发现了K介子和π介子 后来，还发现一些质量比质子大的粒子， 叫做超子
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热 大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不 是习见于地球上发生在一个确定的点，然 后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而 是一种在各处同时发生，从一开时就充满 整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子 都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该 理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以 指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个 就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有 限宇宙。
玻色子
三、夸克模型
夸克是强子的基本组分
所有的中子都是由三个夸克组成的， 质子由两个上夸克和一个下夸克组成， 中子是由两个下夸克和一个上夸克组 成。
高中物理 19.719.8 核聚变 粒子和宇宙配套课件 新人教版选修35
大
第二十三页，共29页。
2.对宇宙大爆炸模型的正确理解
要理解大爆炸模型,就必须理解宇宙的起源:最初是比原子还要小
的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成一些基本粒子,这些粒子
在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型
成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏
第五页，共29页。
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;
请用合适的方式全面概括你对粒子分类的了解。
第十八页，共29页。
答案:
光子(传递电磁相互作用)
媒介子
胶子(传递强相互作用)
中间玻色子(传递弱相互作用)
电子
轻子(6 种)
粒子
中微子
μ 子和 μ 子中微子
τ 子和 τ 子中微子
上夸克
下夸克
质子
强子参与强相互作用
中子
介子
超子
夸克
奇异夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
第十九页，共29页。
以后又发现了质量比质子大的粒子叫做超子。
第六页，共29页。
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,叫做反粒子。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。
第二十三页，共29页。
2.对宇宙大爆炸模型的正确理解
要理解大爆炸模型,就必须理解宇宙的起源:最初是比原子还要小
的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成一些基本粒子,这些粒子
在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型
成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏
第五页，共29页。
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;
请用合适的方式全面概括你对粒子分类的了解。
第十八页，共29页。
答案:
光子(传递电磁相互作用)
媒介子
胶子(传递强相互作用)
中间玻色子(传递弱相互作用)
电子
轻子(6 种)
粒子
中微子
μ 子和 μ 子中微子
τ 子和 τ 子中微子
上夸克
下夸克
质子
强子参与强相互作用
中子
介子
超子
夸克
奇异夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
第十九页，共29页。
以后又发现了质量比质子大的粒子叫做超子。
第六页，共29页。
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,叫做反粒子。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。
人教版高中物理选修3-5课件19.7、8核聚变粒子和宇宙
组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克
组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克
组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克
组成
【思路点拨】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量，
据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行判断.
3.
（1）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
特 （2）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
点 （3）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
【特别提醒】常见的聚变反应：21H+21H→31H+11H+4MeV， 21H+31H→42He+10n+17.6MeV.在这两个反应中，前一反应的材料 是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物， 所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分， 在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的.从这个意义 上讲，轻核聚变是能源危机的终结者.
【典例1】太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变 成一个α 粒子，同时发射两个正电子，若太阳辐射能量的总功 率为P，质子11H、氦核42He、正电子01e的质量分别为mp、mα 、 me，真空中的光速为c，求： (1)写出核反应方程. (2)核反应所释放的能量Δ E. (3)1s内参与上述热核反应的质子数目.
一、核聚变 1.定义:两个轻核结合成_质__量__较__大__的原子核的反应.
2.核反应举例：21H+31H→_42_H_e_+10n+17.6MeV 3.条件：(1)轻核的距离要达到__1_0_-_15_m__以内. (2)聚变可以通过高温来实现,因此又叫_热__核__反__应__.
高中物理第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙课件新人教版选修3_5
解析：聚变的核反应式为 221H→42He. 根据不同的已知条件，通常可以有两种计算方法．
法一：先查出氘核和氦核的质量 mD＝2.014 102 u，mHe＝4.002 603 u. 然后根据反应前后的质量亏损，用质能方程计算出释 放的核能． 法二：先查出氘核和氦核的结合能 ED＝1.11 MeV，EHe＝7.07 MeV.
4．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．
【典例 1】 太阳的能量来自下面的反应：四个质子
(氢核)聚变成一个 α 粒子，同时发射两个正电子，若太阳 辐射能量的总功率为 P，质子11H、氦核42He、正电子01e 的 质量分别为 mp、mα、me，真空中的光速为 c.
1．(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚 的核反应获得能量．核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H ＋4.9 MeV 和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确 的有( )
A．X 是中子 B．Y 的质子数是 3，中子数是 6 C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应
答案：ABC
知识点二 粒子和宇宙
提炼知识 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．
法一：先查出氘核和氦核的质量 mD＝2.014 102 u，mHe＝4.002 603 u. 然后根据反应前后的质量亏损，用质能方程计算出释 放的核能． 法二：先查出氘核和氦核的结合能 ED＝1.11 MeV，EHe＝7.07 MeV.
4．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．
【典例 1】 太阳的能量来自下面的反应：四个质子
(氢核)聚变成一个 α 粒子，同时发射两个正电子，若太阳 辐射能量的总功率为 P，质子11H、氦核42He、正电子01e 的 质量分别为 mp、mα、me，真空中的光速为 c.
1．(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚 的核反应获得能量．核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H ＋4.9 MeV 和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确 的有( )
A．X 是中子 B．Y 的质子数是 3，中子数是 6 C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应
答案：ABC
知识点二 粒子和宇宙
提炼知识 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．
高中物理第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙课件新人教版选修35
第十八页，共50页。
3．核聚变的特点． (1)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． (2)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． (3)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．
第十九页，共50页。
判断正误 1．太阳内部不断进行的是热核反应．(√) 2．目前，核电站利用的是轻核和聚变反应．(×) 3．热核反应中人们能控制其反应速度．(×)
第六页，共50页。
小试身手 1．(多选) 下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又 叫作热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢 弹利用原子弹引发热核反应
D．巨星和超巨星可能爆炸成为超新星 解析：恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的 恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况 下恒星内部的核反应就更加剧烈，故 A 正确，B 错误， 当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其 外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星，
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D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反 应，在地球内部也可以自发地进行
解析：轻核聚变时，要使轻核之间距离达到 10－15 m， 所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必须有足够 的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验 证实，原子核必须处在几百万开尔文时才有这样的能量，
名师点评 (1)明确各种粒子的信息，是解决这类问题的关键． (2)粒子具有对称性，一个粒子必存在一个其反粒子， 所以每种夸克都有对应的反夸克．
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3．核聚变的特点． (1)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． (2)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． (3)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．
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判断正误 1．太阳内部不断进行的是热核反应．(√) 2．目前，核电站利用的是轻核和聚变反应．(×) 3．热核反应中人们能控制其反应速度．(×)
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小试身手 1．(多选) 下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功 B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又 叫作热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢 弹利用原子弹引发热核反应
D．巨星和超巨星可能爆炸成为超新星 解析：恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的 恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况 下恒星内部的核反应就更加剧烈，故 A 正确，B 错误， 当恒星步入“老年时期”，恒星的核心将开始收缩，而其 外层部分则开始膨胀就会成为一颗红色的巨星或超巨星，
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D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反 应，在地球内部也可以自发地进行
解析：轻核聚变时，要使轻核之间距离达到 10－15 m， 所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必须有足够 的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验 证实，原子核必须处在几百万开尔文时才有这样的能量，
名师点评 (1)明确各种粒子的信息，是解决这类问题的关键． (2)粒子具有对称性，一个粒子必存在一个其反粒子， 所以每种夸克都有对应的反夸克．
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高中物理第十九章原子核78核聚变粒子和宇宙课件新人教版选修3_5
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得 4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q 代入数值可得Q≈3.95×10－12 J.
解析：轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克 服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近 到核力发生作用的范围，实验证实，原子核的温度必须达到几百万开 尔文时才有这样的能量，这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得，故 B、C正确；在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部 不会自发地进行，D错误．
3．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽 显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( A )
A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氢核、氘核、氦核等轻核
解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，这之后又 经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子 大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核 的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因 此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错误．
课堂基检础测训作练业
一、单项选择题 1．关于粒子，下列说法中不正确的是( A ) A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．质子、中子本身也有复杂的结构 C．质子是带电的强子 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒
子，故选项A错误，选项B正确；不同的夸克组成强子，有的强子带 电，有的强子不带电，质子是最早发现的带正电的强子，故选项C 正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带的电荷不同，分别
解析：根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确； 光子属媒介子．
解析：轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克 服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近 到核力发生作用的范围，实验证实，原子核的温度必须达到几百万开 尔文时才有这样的能量，这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得，故 B、C正确；在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部 不会自发地进行，D错误．
3．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽 显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( A )
A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氢核、氘核、氦核等轻核
解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，这之后又 经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子 大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核 的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因 此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错误．
课堂基检础测训作练业
一、单项选择题 1．关于粒子，下列说法中不正确的是( A ) A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．质子、中子本身也有复杂的结构 C．质子是带电的强子 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒
子，故选项A错误，选项B正确；不同的夸克组成强子，有的强子带 电，有的强子不带电，质子是最早发现的带正电的强子，故选项C 正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带的电荷不同，分别
解析：根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确； 光子属媒介子．
高中物理 第十九章 原子核 19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙 新人教版选修3-5
4.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1.5 ×107K,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_聚__变__释放的核能。
二、受控热核反应 1.聚变的优点: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,控制温度,可控制反应,而且生成的废物数量少、易 处理。
(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__。
3.宇宙和恒星的演化:
(1)宇宙的演化:
宇宙大爆炸
温度为1032K,产生了_夸__克__、__轻__子__、__
【解析】选C。中微子衰变成μ子和τ子,满足动量守 恒,μ子的速度方向与中微子原来的方向一致,τ子必 定也在这条直线上。
知识点一 核聚变的特点及应用 探究导入: 如图为氢弹原理示意图。
(1)若要发生核聚变,对原子核间的距离有什么要求? (2)核聚变为何又叫热核反应?
提示:(1)原子核间的距离达到10-15m以内。 (2)核聚变需要在几百万开尔文的高温下才能进行,因此 核聚变又叫热核反应。
【归纳总结】 1.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10-15m,这要克服电荷间强大的斥力 作用,要求使轻核具有足够大的动能,有一种办法就是 把它们加热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。
2018_2019高中物理第19章原子核19.7_19.8核聚变粒子和宇宙课件新人教版选修3_520190227318
A.0和0
B.0和1
C.1和0
D.1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电 子形成几乎静止的整体后,可以转变为两个光子(γ ),
0 即0 已知正电子和电子的质量都为 e 1 1 e 2。
9.1×10-31kg,反应中产生的每个光子的能量约为
________J。正电子Fra bibliotek电子相遇不可能只转变为一个
突破才得到进一步的发展。
【探究总结】 1.粒子:强子、轻子和媒介子。
2 1 2.夸克:是强子的基本组成成分,有6种,带 或 3 3
的元电荷。
【典例示范】 在β 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。 中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测。1953 年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的
【解析】选A。太阳内部核聚变是氢原子核的聚变,故A 正确;B项中为实现原子核人工转变的反应,C项中为重 核裂变,D项中为α 衰变,均不属聚变反应。故B、C、D 不正确。
2.原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源。 当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚 变反应可能发生,放出能量。这几种反应的总效果可以
【典例示范】 关于核聚变的说法正确的是 A.聚变是裂变的逆反应 B.如果裂变释放能量,则聚变反应一定吸收能量 ( )
C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度,
显然是吸热反应
D.聚变和裂变都可以释放出巨大的能量
【解题指南】(1)聚变反应和裂变反应的定义。 (2)吸能和放能的判断依据。 (3)聚变反应的条件。
(3)聚变与裂变的对比优点。 产能 效率高; ①轻核聚变_____ 丰富 ②地球上聚变燃料的储量_____; 安全、清洁 。 ③轻核聚变更___________ 磁约束 和惯性约束。 (4)约束核聚变材料的方法:_______
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中子10n带电荷量为 2e2(1故e)B0正. 确.
3
3
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【典例】(2011·聊城高二检测)两个动能均为1 MeV的氘核发
生正面碰撞，引起如下反应：21H+21H
31H+11H.已知：
氘核的质量为2.013 6 u，氚核的质量为3.015 6 u，氢核的
质量为1.007 3u，1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.试求
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【标准解答】(1)由质能方程，核反应中放出的能量为： ΔE=Δmc2=(2×2.013 6 u-3.015 6 u-1.007 3 u)×(3× 108 m/s)2=4.005 MeV. (2)相互作用过程中动量守恒p1=p2
新生的氚核的动能：
Ek1
m1v12 2
p12 2m1
新生的氢核的动能：
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一、核聚变的发生条件、特点及其与核裂变的比较
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1.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.
例如21H+31H
克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸
克组成
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【解题指导】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电 荷量，据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行 判断.
【标准解答】选B.根据质子和中子所带电荷量，经验证：质
子11H带电荷量为 22e(1e)e
33
(3)夸克所带电荷 夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的 1 或 2 . 例如上夸克带的电荷量为+2e/3，下夸克带的电
33
荷量为-e/3.
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粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子， 所以每种夸克都有对应的反夸克.
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【典例2】目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少MeV?
(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核所具
有的动能为多少MeV？
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【解题指导】解答本题应把握以下关键点： (1)应用质能方程求核反应释放的能量. (2)氘核碰撞过程动量守恒. (3)反应过程中能量守恒.氘核初动能与反应放出的能量之和 等于新生核的动能.
Ek2
m2v22 2
p22 2m2
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由能量守恒得：
2 E k E E k 1 E k 2
代入数据得新生的氢核的动能：
E
k
=4.5
2
MeV
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一、选择题
1.(2011·昆明高二检测)一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生 聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损.聚变过程
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精选ppt：21H+21H 31H+11H+4MeV， 21H+31H 42He+10n+17.6 MeV.在这两个反应中，前一反 应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反 应的产物，所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重 水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不 尽的.从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者.
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【解题指导】解答该题应关注以下几点：
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【标准解答】(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应
方程为411H 42He+201e (2)质量亏损Δm=4mp-mα-2me,根据爱因斯坦质能方程： ΔE=Δmc2，核反应释放的能量，
ΔE=(4mp-mα-2me)c2
(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为N，依据能量关系
夸克的两类夸克组成的.u夸克带电荷量为 2 e ， d夸克的带电
荷量为
1
e，
3
e为元电荷，下列论断中可能正确的是(
)
3
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸
克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸
克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸
10n+42He+17.6 MeV
2.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10-15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，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，就
要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温.
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4.应用 (1)核武器——氢弹. (2)可控热核反应：目前处于探索阶段.
(Δm)的千克数乘以真空中的光速(c=3×108 m/s)的平方，
即ΔE=Δmc2.
①
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子
结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,
即ΔE=Δm×931.5 MeV
②
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注意：式①中Δm的单位为kg，式②中Δm的单位是u,ΔE的 单位是MeV.
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二、对粒子的认识
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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).
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中( )
A.吸收能量，生成的新核是42He B.放出能量，生成的新核是42He C.吸收能量，生成的新核是32He D.放出能量，生成的新核是32He 【解析】选B.聚变过程中存在质量亏损，应放出能量.由核反
P tN E ， 有 N
4P
4
4m pm 2m e c2
答案：(1)411H 42He+201e (2)(4mp-mα-2me)c2
(3)
4P 4mp m 2me c2
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【规律方法】 轻核聚变释放核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损
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【典例1】(2011·长沙高二检测)太阳的能量来自下面的反应： 四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子， 若太阳辐射能量的总功率为P，质子11H、氦核42He、正电子01e 的质量分别为mp、mα、me，真空中的光速为c，求： (1)写出核反应方程. (2)核反应所释放的能量ΔE. (3)1 s内参与上述热核反应的质子数目.