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
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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．
高中物理第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙课件2新人教版选修35
第六页，共44页。
2．发现(fāxiàn)新粒子 (1)新粒子：1932年发现(fāxiàn)了正_电__子_______，1937年发现 (fāμx子iàn)__________，1947年发现(fāxiàn)K介子和π介子及以后的 超反子粒、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_和(q_īn_ɡ__z_ǐ)媒__介__(_m．éijiè)子
答案(dáàn)： D
第二十七页，共44页。
练 随堂演练(yǎn liàn)
第二十八页，共44页。
1．关于聚变，以下说法正确的是( ) A．两个轻核聚变为中等质量的核时放出(fànɡ chū)能量 B．同样质量的物质发生聚变时放出(fànɡ chū)的能量比同 样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D．发生聚变反应时的核必须有足够大的动能
目前，除氢弹以外，人们还 不能控制它
第十六页，共44页。
现有三个核反应：①2114Na―→2142Mg＋0－1e；②23592U ＋10n―→14156Ba＋9326Kr＋310n；③21H＋31H―→42He＋10n．下列说 法正确的是( )
A．①是裂变，②是 β 衰变，③是聚变 B．①是聚变，②是裂变，③是 β 衰变 C．①是 β 衰变，②是裂变，③是聚变 D．①是 β 衰变，②是聚变，③是裂变
未发现内部结构
光子、玻色子、胶 子分别传递电磁、 弱、强相互作用
第二十二页，共44页。
3．夸克的分类 夸克有 6 种，它们是上夸克、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＋23或－13．每 种夸克都有对应的反夸克．
2．发现(fāxiàn)新粒子 (1)新粒子：1932年发现(fāxiàn)了正_电__子_______，1937年发现 (fāμx子iàn)__________，1947年发现(fāxiàn)K介子和π介子及以后的 超反子粒、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_和(q_īn_ɡ__z_ǐ)媒__介__(_m．éijiè)子
答案(dáàn)： D
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练 随堂演练(yǎn liàn)
第二十八页，共44页。
1．关于聚变，以下说法正确的是( ) A．两个轻核聚变为中等质量的核时放出(fànɡ chū)能量 B．同样质量的物质发生聚变时放出(fànɡ chū)的能量比同 样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍 C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D．发生聚变反应时的核必须有足够大的动能
目前，除氢弹以外，人们还 不能控制它
第十六页，共44页。
现有三个核反应：①2114Na―→2142Mg＋0－1e；②23592U ＋10n―→14156Ba＋9326Kr＋310n；③21H＋31H―→42He＋10n．下列说 法正确的是( )
A．①是裂变，②是 β 衰变，③是聚变 B．①是聚变，②是裂变，③是 β 衰变 C．①是 β 衰变，②是裂变，③是聚变 D．①是 β 衰变，②是聚变，③是裂变
未发现内部结构
光子、玻色子、胶 子分别传递电磁、 弱、强相互作用
第二十二页，共44页。
3．夸克的分类 夸克有 6 种，它们是上夸克、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＋23或－13．每 种夸克都有对应的反夸克．
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
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
温度 1032 K 夸克,轻子状态
温度 1013 ������ 强子时代
温度 1011 ������
温度 109 ������
温度 104������
温度 3 000������
轻子时代
核合成时代
混合电离态
中性氢原子
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”。
二、 粒子和宇宙
知识精要 1.粒子的分类 按照粒子与各种相互作用的关系,可以将粒子分为三大类:强子、 轻子和媒介子,如下表所示。
分 参与的相 发现的 类 互作用 粒子
备注
强 强相互作 质子、中子、介子、超 质子是最早发现的强
子用
子
子,强子有内部结构
轻 子
不参与强 相互作用
电子、电子中微子、μ 子、μ 子中微子、τ 子、无内部结构 τ 子中微子
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。
=9.2×1065×4.002 6×1.66×10-27 kg≈6×1039 kg③
高中物理第十九章原子核第7、8节核聚变粒子和宇宙解析版新人教版选修3_5
核聚变粒子和宇宙1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。
聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。
(2)发生条件：轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。
聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
(3)实例：①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹；②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射堆；③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。
2．受控热核反应(1)聚变与裂变相比有很多优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上聚变燃料的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)实现核聚变的方法：①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温；②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。
(×)2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。
(×)[释疑难·对点练]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→10n＋42He＋17.6 MeV。
2．聚变发生的条件：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，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。
3．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。
4．应用(1)核武器——氢弹。
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．
高中物理第十九章原子核第7节核聚变第8节核裂变课件新人教版选修3_5
力发生作用的距离10－15m。 • (2)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。
• 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．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10－15m，但 是原子核是带正电的，要使它们接近10－15m就必须克服很大的库仑 斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加 热，使其达到几百万度的高温。
• 特别提醒：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。
典例 2 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。
• 万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日 常生活中是不可替代的，它提供给地球 足够的能源，如果说太阳一旦没有了， 那么地球上的一切生物都将随之消失。
• 你知道太阳的能量来源吗？
• 答：来源于太阳内部的核聚变反应
课内探究
探究一 轻核的聚变
• 如图为氢弹原理示意图。 • (1)核聚变需要满足什么条件？ • (2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？ • 提示：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核
D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦 3 进行核聚变反应发电
• 解析：根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子，故B错误；根据质 能方程知Δ E＝Δ mc2＝(2.0136u＋3.0150u－4.00151u－
1.00783u)×931.5MeV＝17.9MeV，故A正确；因为聚变时释放能量， 出现质量亏损，所以生成物的总质量减小，但是质量数不变，选项 C错误；目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用重核裂变反应 发电，选项D错误；故选A。
压引发热核聚变爆炸。
• 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．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10－15m，但 是原子核是带正电的，要使它们接近10－15m就必须克服很大的库仑 斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加 热，使其达到几百万度的高温。
• 特别提醒：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。
典例 2 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。
• 万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日 常生活中是不可替代的，它提供给地球 足够的能源，如果说太阳一旦没有了， 那么地球上的一切生物都将随之消失。
• 你知道太阳的能量来源吗？
• 答：来源于太阳内部的核聚变反应
课内探究
探究一 轻核的聚变
• 如图为氢弹原理示意图。 • (1)核聚变需要满足什么条件？ • (2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？ • 提示：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核
D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦 3 进行核聚变反应发电
• 解析：根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子，故B错误；根据质 能方程知Δ E＝Δ mc2＝(2.0136u＋3.0150u－4.00151u－
1.00783u)×931.5MeV＝17.9MeV，故A正确；因为聚变时释放能量， 出现质量亏损，所以生成物的总质量减小，但是质量数不变，选项 C错误；目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用重核裂变反应 发电，选项D错误；故选A。
2018_2019高中物理第十九章原子核19_7、8核聚变粒子和宇宙课件新人教版选修3_5
4 氢弹 ， 5 原子弹 ， (1)核武器： □ 由普通炸药引爆 □ 6 原子弹 爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 再由 □
(2)宇宙天的热核反应堆。
3．实例分析
二、受控热核反应 1．聚变与裂变相比有很多优点
1 效率高 ； (1)轻核聚变产能 □
在分数电荷。
四、宇宙及恒星的演化 1． 宇宙演化： 根据大爆炸理论， 在宇宙形成之初是“粒 子家族”尽显风采的时期，在大爆炸之后逐渐形成了夸克、 1 胶子 等粒子，随后经过 □ 2 强子 时代、 轻子和 □
4 核合成 时代。继续冷却，质子、电 时代、 □ 5 光子 分离而逐步组成恒星和星系。 子、原子等与 □
(3)由质能方程，ΔE＝ Δmc2 得每秒减少的质量
26 3.8 × 10 ΔE 9 Δm＝ 2 ＝ kg ＝ 4.2 × 10 kg。 8 2 c 3×10
要点
新粒子的发现和夸克模型
1．新粒子的发现及特点
2．粒子的分类
3．夸克的分类：夸克有 6 种，它们是上夸克、下夸克、 奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷量分别 2 1 为元电荷的＋ 或－ 。每种夸克都有对应的反夸克。 3 3
(2)24.78 MeV (3)4.2×109 kg
解析
4 0 0 (1)核反应方程 41 1H→ 2He＋ 2X，而 2 X 只能是 2
4 0 个正电子，因此核反应方程应为 41 H → He ＋ 2 1 2 1e。
(2)反应前的质量 m1＝4mp＝ 4×1.0073 u＝4.0292 u， 反 应 后 m2 ＝ mHe ＋ 2me ＝ 4.0026 u ＋ 2×0.00055 u ＝ 4.0037 u。 Δm＝ m1－ m2＝0.0255 u， 由质能方程得，释放能量 ΔE＝ Δmc2＝ 0.0255×931.5 MeV＝ 23.75 MeV。
2020_2021学年高中物理第十九章原子核7_8核聚变粒子和宇宙课件新人教版选修3_5202102
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
【解析】选B。根据质子和中子所带的电荷量，经验证：质子
1.0 10 22J，质量为M的标准煤燃烧释
6
放的热量为Q2=M×2.9×107 J，因Q1=Q2，解得M=400 kg，C正确，A、B、D错误。
探究特训 1.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是 ( ) A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大 C.聚变反应中粒子的比结合能变小 D.聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
4 2
H
e
，选项B正确。
课堂合作探究
【主题一】核聚变 【问题探究】 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？ 提示：(1)微观上：参与反应的原子核必须接近到核力的作用范围内，约为 10-15 m这种程度，因而必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库 仑斥力做功，由原子核的动能转化为原子核的电势能，使核子之间的核力发生 作用，轻核才能聚变成质量较大的核。 (2)宏观上：要使原子核具有足够大的动能，就得把它加热到几百万开尔文的 高温，才能使聚变反应发生，因此聚变又叫热核反应。
4.宇宙及恒星的演化： (1)宇宙的演化从_宇__宙__大__爆__炸__开始。 (2)恒星的演化经历了宇宙尘埃，星云团，恒星诞生，最后恒星的热核反应停止 后恒星演变为_白__矮__星__、_中__子__星__或_黑__洞__。
【小题快练】 1.重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两种主要方法，下面有关它们的说 法正确的是 ( ) A.裂变和聚变的过程都有质量亏损 B.裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 C.裂变过程质量有所增加，聚变过程有质量亏损 D.裂变和聚变过程中质量都有所增加 【解析】选A。重核裂变和轻核聚变都要释放能量，也一定要发生质量亏损，所 以选项A正确。
高中物理 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙检测 新人教版选修3-5(2021年最新整理)
2017-2018学年高中物理第十九章原子核7 核聚变8 粒子和宇宙检测新人教版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017-2018学年高中物理第十九章原子核7 核聚变8 粒子和宇宙检测新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第十九章原子核7 核聚变8 粒子和宇宙1．关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是（)A．来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能B．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能C．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能D．来自太阳中本身储存的大量内能解析:太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时释放的能量，只有选项A 正确．答案：A2．（多选）如图所示，托卡马克（Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的）、kamera（真空室）、magnit（磁）的头两个字母以及katushka（线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息,下述判断中可能正确的是( )A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行解析:聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A项正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B项正确；核电站的原理是裂变，托尔马克的原理是聚变，故C项错误；该装置使人们可以在实验室控制反应速度,平稳释放核能，故D项正确．答案：ABD3．一个氘核（错误!H)与一个氚核（错误!H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( ）A．吸收能量，生成的新核是错误!HeB．放出能量，生成的新核是错误!HeC．吸收能量，生成的新核是错误!HeD．放出能量，生成的新核是错误!He解析:聚变反应出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是错误!He，选项B正确．答案：B4．（多选）2011年诺贝尔物理奖授予佩尔马特等三位科学家，他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀”．物理学家为了解释这一现象，提出了“暗能量"的概念．正是在暗能量的驱动下,宇宙出现了加速膨胀．宇宙中暗能量约占73％、约有23％是暗物质，我们能看到的、接触到的普通物质约占4％。
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19章原子核7核聚变8粒子和宇宙课件新人教选修3_5
【解析】 轻核聚变时，必须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摄氏度下才有这样的能量， 这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故 B、C 正确 E 错误；在太阳内部或其 他恒星内部都进行着热核反应，D 错误．
3．条件 (1)轻核的距离要达到_1_0_－_1_5__m__以内． (2)需要加热到很高的__温__度__，因此又叫___热___核__反___应． 4．优点 (1)轻核聚变__产___能___效__率___高_． (2)地球上__聚___变__燃___料_的储量丰富． (3)轻核聚变更为__安___全__、___清__洁_． 5．约束方法 _磁___约__束__和惯性约束．
5．重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变
轻核聚变
放能 重核分裂成两个或多个中等 两个轻核结合成质量较大的原子
原理 质量的原子核，放出核能 核，放出核能
放能 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
多少
核废料 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
处理难度
主要原料是氘，氘在地球上的储量
[合作探讨] 氢弹是核武器的一种，其杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大 得多，但要使氢弹内发生轻核聚变反应必须有极高的温度和足够大的碰撞几率． 探讨 1：怎样才能引发氢弹爆炸？ 【提示】 首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压
引发氢弹爆炸． 探讨 2：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？ 【提示】 因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，聚变
成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就 更大．
高中物理 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙课件5高中选修35物理课件
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、
弱、强相互作用
第二十三页，共三十七页。
3.夸克模型 (1)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)． (2)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－13或＋23.例如上夸克带的电荷量为＋23e，下夸克带的电荷 量为－3e. (3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．
理难度
重核裂变
轻核聚变
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
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大 3～4 倍
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
第十二页，共三十七页。
原料的 蕴藏量
可控性
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
第四页，共三十七页。
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． 2．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． 3．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：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__激__光____从各个方向照射反应物， 使它们“挤”在一起发生反应．
第三页，共三十七页。
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．
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7 核聚变 8 粒子和宇宙
目标导航
学习目 标 重点难 点 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:核聚变条件及核聚变方程。 难点:核聚变反应能量的计算。
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
温度 1011 ������ 轻子时代 温度 109 ������ 核合成时代 温度 1032 K 夸克,轻子状态 温度 104 ������ 混合电离态 温度 1013 ������ 强子时代 温度 3 000������ 中性氢原子
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。
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。
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
4 1 3 一个氘核和一个氚核的聚变, 1 H+1 H→ 2 He+ 0 n+γ。 2
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。
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
2 1 六种,它们所带的电荷量分别为元电荷的+3或-3。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。
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。
思考探究 随着科技的发展,不Fra bibliotek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,裂变与聚变似乎是互为逆反应,但其实不然, 因为二者的反应物和生成物完全不同。裂变是重核分裂成中等核, 而聚变则是轻核聚合成为次轻核,无直接关联,并非互为逆反应,选项 A 错误。裂变与聚变不是互为逆反应,在能量流向上不是相反关系, 选项 B 错误。要实现聚变反应,必须使参加反应的轻核充分接近,需 要数百万摄氏度的高温提供能量。 但聚变反应一旦实现,所释放的能 量远大于所吸收的能量。因此,总的来说,聚变反应还是释放能量,故 选项 C 错误,选项 D 正确。 答案:D
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”。
迁移应用 已知氘核质量为 2.013 6 u,中子质量为 1.008 7 u,3 2 He 核的质量 为 3.015 0 u。 (1)写出两个氘核聚变成 2 He 的核反应过程。 (2)计算上述反应中释放的核能(已知 1 uc2=931.5 MeV)。 (3)若两个氘核以相等的动能 0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上 述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的 2 He 核 和中子的动能各是多少?
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学习目 标 重点难 点 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:核聚变条件及核聚变方程。 难点:核聚变反应能量的计算。
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
温度 1011 ������ 轻子时代 温度 109 ������ 核合成时代 温度 1032 K 夸克,轻子状态 温度 104 ������ 混合电离态 温度 1013 ������ 强子时代 温度 3 000������ 中性氢原子
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。
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。
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
4 1 3 一个氘核和一个氚核的聚变, 1 H+1 H→ 2 He+ 0 n+γ。 2
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。
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
2 1 六种,它们所带的电荷量分别为元电荷的+3或-3。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。
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。
思考探究 随着科技的发展,不Fra bibliotek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,裂变与聚变似乎是互为逆反应,但其实不然, 因为二者的反应物和生成物完全不同。裂变是重核分裂成中等核, 而聚变则是轻核聚合成为次轻核,无直接关联,并非互为逆反应,选项 A 错误。裂变与聚变不是互为逆反应,在能量流向上不是相反关系, 选项 B 错误。要实现聚变反应,必须使参加反应的轻核充分接近,需 要数百万摄氏度的高温提供能量。 但聚变反应一旦实现,所释放的能 量远大于所吸收的能量。因此,总的来说,聚变反应还是释放能量,故 选项 C 错误,选项 D 正确。 答案:D
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”。
迁移应用 已知氘核质量为 2.013 6 u,中子质量为 1.008 7 u,3 2 He 核的质量 为 3.015 0 u。 (1)写出两个氘核聚变成 2 He 的核反应过程。 (2)计算上述反应中释放的核能(已知 1 uc2=931.5 MeV)。 (3)若两个氘核以相等的动能 0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上 述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的 2 He 核 和中子的动能各是多少?