19-7.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5课件
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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
解析
A 选项从形式上看，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． B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不
必相反．
C 选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近， 需要数百万开尔文的高温提供能量．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． 答案 D
分类例析
应用
(1)核武器——氢弹．
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．
分类例析
轻核聚变与重核裂变的区别 反应方式 重核裂变 轻核聚变
比较项目
重核分裂成两个或 两个轻核结合成质量 放能原理 多个中等质量的原 较大的原子核，放出 子核，放出核能 放能多少 核能
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出 的能量大约要大3～4倍
分类例析
【变式3】 一个氘核和一个氚核聚变成氦核，放出一个中子， 这个反应中放出了多少核能？已知mD＝2.014 102 u，mT＝
3.016 050 u，mHe＝4.002 603 u，mn＝1.008 665 u.
解析 质量亏损为Δm＝mD＋mT－mHe－mn＝0.018 884 u，
该反应放出的能量为 ΔE ＝ 0.018 884×931.5 MeV ＝ 17.59
分类例析
借题发挥
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
(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 MeV② 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.
分类例析
解析
A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重
的核，是聚变反应，故A选项正确； B选项的核反应中是铀
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，是裂变反应，故B选项正确；在 C选项的核反应中没 有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C选项是正确 的；而D应是β衰变，不正确，故答案为D. 答案 D
(
)．
分类例析
解析
本题考查了核反应的相关知识，意在考查考生对天然放
射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识
的记忆及分析判断能力，选项 A、 D为原子核的人工转变，选 项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确． 答案 BD
分类例析
计算核聚变释放的能量
【典例 3】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质
分类例析
解析 “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式 3 4 1 为2 1H＋1H→2He＋0n，而 B 选项中的核反应是核裂变，故 A 正确、B 错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为 E＝mc2，故选项 A、 C 正确．
答案
AC
分类例析
核反应类型的判断
2 3 4 1 ＋17.6 MeV 聚变典例： 1H＋1H→2He＋0n
核反应条件：必须使它们的距离达到 10－15m以内，使核具有 足够的动能 ，这要克服强大的 库仑斥力 ，需要加热到很高
的 温度 ，这种反应又叫 热核反应 ．
分类例析
聚变的特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重 核裂变能 放出更多 的能量．热核反应一旦发生，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． 应用： 可控热核反应， 氢弹 ．
(2) 随着科学发展，人类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．
分类例析
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 ．
大的动能．要使原子核具有足够大的动能，Fra bibliotek要给它们加热，
使物质达到几百万开尔文的高温．
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 3 1 2 3 常见的聚变反应： 2 H ＋ H ―→ H ＋ H ＋ 4 MeV ， H ＋ 1 1 1 1 1 1 1 H―→4 He ＋ 2 0n＋17.6 MeV.
原料的 蕴藏量
可控性
分类例析
二、对粒子的认识
粒子的分类
分类 参与的 相互作用 发现的粒子 备注
强子有内部结构
强子 参与强相互 质子、中子、 ，由“夸克”构 作用 介子、超子 成；强子又可分 为介子和重子
分类例析
电子、电子中微 轻子
不参与强
相互作用
子、μ子、μ子中
微子、τ子、τ子 中微子
未发现内部结构
【典例 2】 下列说法不正确的是 3 4 1 A.2 1H＋1H―→2He＋0n 是聚变 1 140 94 1 B.235 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋20n 是裂变 222 4 C.226 Ra ―→ Rn ＋ 88 86 2He 是α 衰变 24 0 D.24 Na ―→ Mg ＋ － 11 12 1e 是裂变 ( )．
分类例析
夸克模型
(1) 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．
(2) 分类：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为元电荷的 或 ，每
反夸克 种夸克都有对应的
．
(3)意义：电子电荷不再是电荷的 最小单位 ，即存在分数电
光子、中间玻色 媒介 传递各种 光子、中间玻色 子、胶子分别传
子
相互作用
子、胶子
递电磁、弱、强
相互作用
分类例析
对核聚变的理解及其核反应方程
【典例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开尔文以上的高温，显 然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
分类例析
二、受控热核反应 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 ． 约束核聚变材料的方法： 磁约束 和惯性约束．
分类例析
三、粒子和宇宙
“基本粒子”不基本
(1)直到19世纪末，人们称光子、电子、 质子 、中子
本粒子．
是基
7 核聚变
8 粒子和宇宙
分类例析
1．知道聚变和聚变反应的特点． 2．能写出聚变方程并计算聚变释放的能量． 3．了解受控热核反应． 4．了解组成物质的粒子． 5．知道粒子的分类及其作用． 6．了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化.
分类例析
一、核聚变 定义：两个轻核结合成质量 较大 的核，会释放出 能量 ，这 个核反应叫做 聚变 ．
荷．
分类例析
四、宇宙及恒星的演化
宇宙的演化
分类例析
2．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 无聚变反应，形成白 ―→ ―→ 其他聚变过程 ―→ 成碳核 矮星或中子星或黑洞
分类例析
一、核聚变的发生条件及特点 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
MeV. 答案 17.59 MeV
分类例析
对粒子的认识
【典例4】 下列说法中正确的是 ( )．
A．目前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构
B．自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒
定律，对基本粒子不适用
C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象
D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
分类例析
【变式 2】 下列说法正确的是 1 12 4 A.15 7N＋1H―→ 6C＋2He 是α 衰变方程 2 3 B.1 1H＋1H―→2He＋γ 是核聚变反应方程 234 4 C.238 U ―→ Th ＋ 92 90 2He 是核裂变反应方程 4 30 1 D.2 He＋27 13Al―→15P＋0n 是原子核的人工转变方程
量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量mT＝
3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
分类例析
1 3 解析 (1)聚变方程1 H ＋ 2 n ―→ 1 0 1H. (2)质量亏损 Δ m ＝ mH ＋ 2mn－ mT＝ (1.007 3 ＋ 2×1.008 7 － 3.018 0) u ＝ 0.006 7 u， 释放的核能 ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV. 6.24 (3)平均每个核子放出的能量为 MeV＝2.08 MeV. 3 答案 见解析
分类例析
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
主要原料是氘，氘在地球 核裂变燃料铀在地球 上的储量非常丰富.1 L海 上储量有限，尤其用 水中大约有0.03 g氘，如 于核裂变的铀235在铀 果用来进行热核反应，放 矿石中只占0.7% 出的能量约与燃烧300 L 汽油相当 速度比较容易进行人 工控制，现在的核电 站都是用裂变反应释 放核能 目前，除氢弹以外，人们 还不能控制它
【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
解析
A 选项从形式上看，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． B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不
必相反．
C 选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近， 需要数百万开尔文的高温提供能量．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． 答案 D
分类例析
应用
(1)核武器——氢弹．
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．
分类例析
轻核聚变与重核裂变的区别 反应方式 重核裂变 轻核聚变
比较项目
重核分裂成两个或 两个轻核结合成质量 放能原理 多个中等质量的原 较大的原子核，放出 子核，放出核能 放能多少 核能
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出 的能量大约要大3～4倍
分类例析
【变式3】 一个氘核和一个氚核聚变成氦核，放出一个中子， 这个反应中放出了多少核能？已知mD＝2.014 102 u，mT＝
3.016 050 u，mHe＝4.002 603 u，mn＝1.008 665 u.
解析 质量亏损为Δm＝mD＋mT－mHe－mn＝0.018 884 u，
该反应放出的能量为 ΔE ＝ 0.018 884×931.5 MeV ＝ 17.59
分类例析
借题发挥
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
(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 MeV② 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.
分类例析
解析
A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重
的核，是聚变反应，故A选项正确； B选项的核反应中是铀
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，是裂变反应，故B选项正确；在 C选项的核反应中没 有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C选项是正确 的；而D应是β衰变，不正确，故答案为D. 答案 D
(
)．
分类例析
解析
本题考查了核反应的相关知识，意在考查考生对天然放
射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识
的记忆及分析判断能力，选项 A、 D为原子核的人工转变，选 项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确． 答案 BD
分类例析
计算核聚变释放的能量
【典例 3】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质
分类例析
解析 “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式 3 4 1 为2 1H＋1H→2He＋0n，而 B 选项中的核反应是核裂变，故 A 正确、B 错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为 E＝mc2，故选项 A、 C 正确．
答案
AC
分类例析
核反应类型的判断
2 3 4 1 ＋17.6 MeV 聚变典例： 1H＋1H→2He＋0n
核反应条件：必须使它们的距离达到 10－15m以内，使核具有 足够的动能 ，这要克服强大的 库仑斥力 ，需要加热到很高
的 温度 ，这种反应又叫 热核反应 ．
分类例析
聚变的特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重 核裂变能 放出更多 的能量．热核反应一旦发生，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． 应用： 可控热核反应， 氢弹 ．
(2) 随着科学发展，人类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．
分类例析
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 ．
大的动能．要使原子核具有足够大的动能，Fra bibliotek要给它们加热，
使物质达到几百万开尔文的高温．
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 3 1 2 3 常见的聚变反应： 2 H ＋ H ―→ H ＋ H ＋ 4 MeV ， H ＋ 1 1 1 1 1 1 1 H―→4 He ＋ 2 0n＋17.6 MeV.
原料的 蕴藏量
可控性
分类例析
二、对粒子的认识
粒子的分类
分类 参与的 相互作用 发现的粒子 备注
强子有内部结构
强子 参与强相互 质子、中子、 ，由“夸克”构 作用 介子、超子 成；强子又可分 为介子和重子
分类例析
电子、电子中微 轻子
不参与强
相互作用
子、μ子、μ子中
微子、τ子、τ子 中微子
未发现内部结构
【典例 2】 下列说法不正确的是 3 4 1 A.2 1H＋1H―→2He＋0n 是聚变 1 140 94 1 B.235 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋20n 是裂变 222 4 C.226 Ra ―→ Rn ＋ 88 86 2He 是α 衰变 24 0 D.24 Na ―→ Mg ＋ － 11 12 1e 是裂变 ( )．
分类例析
夸克模型
(1) 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．
(2) 分类：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为元电荷的 或 ，每
反夸克 种夸克都有对应的
．
(3)意义：电子电荷不再是电荷的 最小单位 ，即存在分数电
光子、中间玻色 媒介 传递各种 光子、中间玻色 子、胶子分别传
子
相互作用
子、胶子
递电磁、弱、强
相互作用
分类例析
对核聚变的理解及其核反应方程
【典例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开尔文以上的高温，显 然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
分类例析
二、受控热核反应 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 ． 约束核聚变材料的方法： 磁约束 和惯性约束．
分类例析
三、粒子和宇宙
“基本粒子”不基本
(1)直到19世纪末，人们称光子、电子、 质子 、中子
本粒子．
是基
7 核聚变
8 粒子和宇宙
分类例析
1．知道聚变和聚变反应的特点． 2．能写出聚变方程并计算聚变释放的能量． 3．了解受控热核反应． 4．了解组成物质的粒子． 5．知道粒子的分类及其作用． 6．了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化.
分类例析
一、核聚变 定义：两个轻核结合成质量 较大 的核，会释放出 能量 ，这 个核反应叫做 聚变 ．
荷．
分类例析
四、宇宙及恒星的演化
宇宙的演化
分类例析
2．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 无聚变反应，形成白 ―→ ―→ 其他聚变过程 ―→ 成碳核 矮星或中子星或黑洞
分类例析
一、核聚变的发生条件及特点 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
MeV. 答案 17.59 MeV
分类例析
对粒子的认识
【典例4】 下列说法中正确的是 ( )．
A．目前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构
B．自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒
定律，对基本粒子不适用
C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象
D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
分类例析
【变式 2】 下列说法正确的是 1 12 4 A.15 7N＋1H―→ 6C＋2He 是α 衰变方程 2 3 B.1 1H＋1H―→2He＋γ 是核聚变反应方程 234 4 C.238 U ―→ Th ＋ 92 90 2He 是核裂变反应方程 4 30 1 D.2 He＋27 13Al―→15P＋0n 是原子核的人工转变方程
量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量mT＝
3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
分类例析
1 3 解析 (1)聚变方程1 H ＋ 2 n ―→ 1 0 1H. (2)质量亏损 Δ m ＝ mH ＋ 2mn－ mT＝ (1.007 3 ＋ 2×1.008 7 － 3.018 0) u ＝ 0.006 7 u， 释放的核能 ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV. 6.24 (3)平均每个核子放出的能量为 MeV＝2.08 MeV. 3 答案 见解析
分类例析
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
主要原料是氘，氘在地球 核裂变燃料铀在地球 上的储量非常丰富.1 L海 上储量有限，尤其用 水中大约有0.03 g氘，如 于核裂变的铀235在铀 果用来进行热核反应，放 矿石中只占0.7% 出的能量约与燃烧300 L 汽油相当 速度比较容易进行人 工控制，现在的核电 站都是用裂变反应释 放核能 目前，除氢弹以外，人们 还不能控制它