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．
未发现内部结构
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、 弱、强相互作用
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)．
(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－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.
其质量比 质子大
2.粒子的分类．
分类 强子 轻子 媒介子
参与的 相互作用
参与强相互作 用
不参与强相互 作用
传递各种相互 作用
发现的粒子
备注
质子、中子、介子、 超子
电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、τ 子、τ子中微子
光子、中间玻色子、 胶子
强子有内部结构，由 “夸克”构成；强子 又可分为介子和重子
2.如图所示，中子内有一个电荷量为＋
2 3
e的上夸克
和两个电荷量为－13e的下夸克，一简单模
型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上．
在下图给出的四幅图中，能正确表示出各夸
克所受静电作用力的是( )
解析：本题考查的是库仑力的大小、 方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个 力的作用．电荷量为＋23e的上夸克受两个 下夸克的吸引力，合力的方向一定向下．
(1)写出核反应方程； (2)求核反应所释放的能量ΔE； (3)求 1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
解析：(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)反应过程中的质量亏损为 ΔE＝4mp－(mα＋2me)． 根据ΔE＝Δmc2得 ΔE＝[4mp－(mα＋2me)]c2＝(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 能量关系得：
5．恒星的演化． 宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→ 氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白 矮星或中子星或黑洞．
判断正误
1．科学研究表明，质子、中子等本身也具有复杂结 构．(√)
2．夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单 元．(√)
3．恒星在辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩 压力平衡阶段停留时间最长．(√)
解析：根据质子和中子所带的电荷量，经验证： 质子11H带电荷量为2×23e＋－13e＝e. 中子10n带电荷量为23e＋2×－13e＝0.故B项正确． 答案：B
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．
D.氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式
29325U＋10n→9308Sr＋15346Xe＋1010n
解析：原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应
方程式
235 92
U＋
1 0
n→
90 38
Sr＋
136 54
Xe＋10
1 0
n，故A错误，B正
确；氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式21H＋31
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，分别为元电荷的
＋
2 3
或－
1 3
，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故
选项D正确.
答案：A
拓展一 核聚变的特点及应用
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 10－15 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．
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在 分数电荷．
【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 夸克的两类夸克组成的．u 夸克带电荷量为 23e，d 夸克的带电荷量为－13e，e 为元电荷．下列论断中 可能正确的是( )
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
1.核裂变反应释放的能 量． 2．粒子的分类及宇宙演 化.
知识点一 核聚变 提炼知识 1．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)举例：21H＋31H→__42H__e_＋10n＋17.6 MeV.
(3)条件： ①轻核的距离要达到 10－15 以内． ②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应． 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)约束核聚变材料的方法：磁约束和惯性约束．
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，这样高的温度通过利用原子弹爆炸获得，故 B、C正确；在太阳和其他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．
(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
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.
[典例] 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已 知氘核质量 mD＝2.013 6 u，氦核质量 mHe＝3.015 0 u，中 子质量 mn＝1.008 7 u.
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.
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．(×)
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．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
Pt＝N·4ΔE， 有N＝Δ4PEt ＝（4mp－m4αP－2me）c2. 答案：(1)411H→42He＋201e (2)(4mp－mα－2me)c2
4P (3)（4mp－mα－2me）c2
名师点评 (1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数 守恒和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依 据． (2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏 损，然后代入ΔE＝Δmc2进行计算．
第十九章 原子核
7 核聚变 8 粒子和宇宙
学习目标
1.知道核聚变的定义和反应特 点． 2．会判断和书写核聚变反应的方 程，能计算核聚变反应释放的能 量． 3．了解受控热核反应． 4．知道粒子的分类及其应用． 5．了解宇宙的起源及恒星的演化.
重点 难点
重点难点
1.核聚变反应特点及应 用． 2．粒子的分类及夸克模 型．
H→42He＋10n，故C正确，D错误.
答案：BC
拓展二 对粒子的认识
1．新粒子的发现及特点．
新粒子
发现 时间
反粒子 1932年
μ子 1937年
K介子 与π介子
1947年
超子
20世纪 60年代后
基本 特点
质量与相对应的 粒子相同而电荷 及其他一些物理 性质相反