高中物理原子核核聚变粒子物理学简介教师用书教科版
粒子物理学简介
![粒子物理学简介](https://img.taocdn.com/s3/m/8ff7599cb1717fd5360cba1aa8114431b90d8e16.png)
粒子物理学简介粒子物理学是研究物质构成与性质的学科,其目的是了解宇宙中各种基本粒子之间的相互作用及其运动规律。
本文将对粒子物理学进行简要概述。
一、粒子物理学的背景粒子物理学是现代物理学的一个重要分支,它源于20世纪初对原子结构和射线的研究。
首先,根据对射线散射现象的研究,科学家发现原子具有核心和电子的结构。
在此基础上,赤道玛丽和皮埃尔居里发明了曲线示踪仪,使得科学家们能够直接研究原子核结构。
通过这些研究,人们首次了解到存在着具有质量和电荷的基本粒子,如质子和中子。
二、粒子物理学的发展历程20世纪中叶以来,粒子物理学取得了巨大的发展。
1950年代,人们发现了数个新粒子,这些新粒子的存在和性质的研究成果推动了夸克模型的发展,该模型描述了质子、中子等粒子的性质。
1960年代至1970年代,粒子物理学进一步研究了强相互作用、电弱相互作用等基本力,并提出了电弱统一理论。
20世纪末至21世纪初,欧洲核子研究中心建立了大型强子对撞机(LHC),利用强子对撞机可以更深入地研究粒子的性质和相互关系。
三、粒子物理学的基本粒子粒子物理学对宇宙中的基本粒子进行了系统的分类。
根据夸克模型,质子和中子等核子是由夸克组成的。
夸克是最基本的物质构成单位,目前已知有六种夸克,分别是上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。
此外,粒子物理学还研究了电子、中微子、玻色子等基本粒子。
其中,电子、中微子是物质的基本构成单位,玻色子是一种介导基本粒子相互作用的粒子。
四、粒子物理学的重要实验装置粒子物理学依靠大型实验装置来研究基本粒子。
目前,世界各国的核子研究中心都建有大型加速器,如欧洲核子研究中心的LHC和美国费米国立加速器实验室的Tevatron。
这些大型加速器能够将粒子加速到极高的能量,然后让粒子相互碰撞,从而产生更多基本粒子。
科学家通过测量产生的粒子的属性,进一步研究粒子的性质和相互作用。
五、粒子物理学的应用前景粒子物理学的研究不仅可以推动基础物理学的发展,还在许多实际应用中发挥重要作用。
高中物理 第三章 原子核 3.7 粒子物理学简介教案 教科版选修35
![高中物理 第三章 原子核 3.7 粒子物理学简介教案 教科版选修35](https://img.taocdn.com/s3/m/a041fed1551810a6f524868e.png)
7.粒子物理学简介【教学目标】1.知道聚变反应,关注受控聚变反应研究的进展.2.通过核能的利用,思考科学技术与社会进步的关系.3.初步了解粒子物理学的基础知识.4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.【知识脉络】【教学过程】1.基本粒子(1)1897年汤姆孙发现了电子后,人们又陆续发现了质子、中子,认为电子、中子、质子是组成物质的基本粒子.(2)1932年,安德森发现了正电子,它的质量、电荷量与电子相同,电荷符号与电子相反,它被称为电子的反粒子,正电子也成为了基本粒子.2.基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类:它们分别是:媒介子、轻子、强子.3.加速器粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备,按加速粒子的路径大致分为两类:一类是直线加速器,带电粒子沿直线运动;一类是回旋加速器,带电粒子沿圆弧运动,并反复加速.能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫做对撞机.【判断】1.质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子.(×)2.质子和反质子的电量相同,电性相反.(√)3.按照夸克模型,电子所带电荷不再是电荷的最小单元.(√)4.回旋加速器加速带电粒子时,高频电源的频率应等于回旋粒子的频率.(√)【思考】1.为什么说基本粒子不基本?【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构,另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的.2.北京正负电子对撞机于1988年10月完成建设,成功实现正负电子对撞,你了解对撞机的工作原理吗?它有什么作用?【提示】 对撞机的工作原理是粒子先在同步加速器中加速,然后射入对撞机.在对撞机里两束粒子流反方向回旋,并进一步加速,在轨道交叉的地方相互碰撞.对撞机的出现,大大提高了有效作用能,因此它在高能物质实验中起着日益显著的作用.近年来,在粒子物质中的一系列重大发现和研究成果,几乎都是在对撞机上获得的.1.新粒子的发现及特点夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克,它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克.4.两点提醒(1)质子是最早发现的强子,电子是最早发现的轻子,τ子的质量比核子的质量大,但力的性质决定了它属于轻子.(2)粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子,它们相遇时会发生“湮灭”,即同时消失而转化成其他的粒子.【指津】对核反应中新生成粒子的认识:新生成的粒子和实物粒子一样,它们之间发生相互作用时,同样遵循动量守恒定律等力学规律.【教学反思】。
物理学中的原子核和粒子物理学
![物理学中的原子核和粒子物理学](https://img.taocdn.com/s3/m/2d2307020a4c2e3f5727a5e9856a561252d32120.png)
物理学中的原子核和粒子物理学在物理学中,原子核和粒子物理学都是极其重要的领域。
这两个领域的研究对于我们理解宇宙的本质和各种物质的性质都非常重要。
下面将详细介绍这两个领域的研究内容和进展。
一、原子核物理学原子核是由质子和中子组成的,是构成原子的最基本的部分。
原子核物理学的研究主要集中在原子核的结构、反应和衰变等方面。
原子核的结构原子核的理论模型主要有三种:液滴模型、壳模型和集体模型。
液滴模型认为原子核是由一个液滴组成的,而壳模型则认为原子核的质子和中子按照一定的能级排布在壳层上。
最新的观测结果表明,原子核的结构存在着精细的奇异性,如奇偶不对称性、同位旋等现象。
原子核的反应原子核的反应主要指原子核与其他原子核或粒子的相互作用。
包括核聚变、核裂变、放射性衰变等反应。
其中核聚变和核裂变是广泛应用于能量领域的重要反应。
原子核的衰变原子核的衰变可以分为放射性α衰变、β衰变和γ衰变。
其中α衰变指原子核放出氦离子,β衰变指质子或中子转变为另一种粒子的现象。
衰变过程中会发出放射线,其中γ射线是电磁波,是无电荷的高能粒子,具有穿透力强的特点。
二、粒子物理学粒子物理学研究的是宇宙中的基本粒子,以及它们之间的相互作用。
它的主要目标是研究物质的基本结构、相互作用和演化历史,进而理解宇宙的本质。
基本粒子粒子物理学界定了物质的基本组成部分,即夸克、轻子、介子和重子。
其中夸克是建立物质的基本粒子,而轻子则是物质中和夸克相对的基本粒子,也就是电子,介子是纠缠在核子之间的一条相互作用中介粒子,也就是π介子。
重子包括质子和中子,它们是由夸克组成的带电核子。
相互作用相互作用是粒子物理学研究的另一重要内容。
主要有强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
其中,强相互作用和弱相互作用只在近距离下发生作用,而电磁相互作用则是电荷间的相互作用。
引力相互作用则是超大质量物体之间的相互作用。
演化历史粒子物理学也关注宇宙的演化历史。
在大爆炸之后,宇宙产生了大量的夸克和反夸克,并最终形成了核子。
高中物理第3章原子核1原子核的组成与核力教师用书教科版选修3-5
![高中物理第3章原子核1原子核的组成与核力教师用书教科版选修3-5](https://img.taocdn.com/s3/m/3824273581c758f5f71f67d5.png)
1.原子核的组成与核力学习目标知识脉络1.掌握原子核的组成,知道核子和同位素的概念.(重点)2.知道核力的概念及特征.(重点)3.知道核反应的定义,会正确书写核反应方程.原子核的组成[先填空]1.质子的发现(如图311所示)图3112.中子的发现(如图312所示)图3123.原子核的组成由质子和中子组成,它们统称为核子.4.原子核的符号5.同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一名置,它们互称同位素.例如,氢有三种同位素,11H、21H、31H.[再判断]1.原子核的核子数等于质子数.(×)2.质量数就是原子核的质量.(×)3.在元素周期表中处在同一名置上,而质量数不同的元素叫同位素.(√)[后思考]同一种元素的几种同位素,它们的化学性质相同吗?为何?【提示】相同.因为同位素具有相同的质子数,所以具有相同的核外电子数,元素的化学性质取决于核外电子,所以同位素的化学性质相同.1.原子核的组成原子核是由质子、中子组成的,质子带正电,中子不带电.不同的原子核内质子和中子的个数并非相同.2.原子核的符号和数量关系(1)符号:A Z X.(2)大体关系:核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数.质量数(A)=核子数=质子数+中子数.3.同位素原子核内的质子数决定了核外电子的数量,进而也决定了元素的化学性质,同种元素的质子数相同,核外电子数也相同,所以有相同的化学性质,但它们的中子数可以不同,所以它们的物理性质不同.把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素.1.α粒子可以表示为42He,42He中的4为__________,2为________.【解析】按照42He所表示的物理意义,原子核的质子数决定核外电子数,原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和,即为核内的核子数.42He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数,即为2,42He 符号左上角表示的是核子数,即为4.【答案】质子数与中子数之和(或质量数) 质子数2.下列说法正确的是( )【导学号:】X与n m-1Y互为同位素X 与n -1m Y 互为同位素 X 与n -2m -2Y 中子数相同U 核内有92个质子,235个中子 U 核内有92个质子,143个中子【解析】 A 选项中,X 核与Y 核的质子数不同,不能互为同位素;B 选项中n m X 核与n -1m Y 核质子数都为m ,而质量数不同,则中子数不同,所以互为同位素;C 选项中nm X 核内中子数为n -m ,n -2m -2Y 核内中子数为(n -2)-(m -2)=n -m ,所以中子数相同;23592U 核内有143个中子,而不是235个中子.【答案】 BCE3.已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226.试问: (1)镭核中有几个质子?几个中子? (2)镭核所带电荷量是多少?(3)若镭原子呈电中性,它核外有几个电子?(4)22888Ra 是镭的一种同位素,让22688Ra 和22888Ra 以相同速度垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中,它们运动的轨迹半径之比是多少?【解析】 因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的,原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和.由此可得:(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数N 等于原子核的质量数A 与质子数Z 之差,即N =A -Z =226-88=138.(2)镭核所带电荷量Q =Ze =88××10-19C≈×10-17C.(3)镭原子呈电中性,则核外电子数等于质子数,故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,故有Bqv =m v 2r ,r =mv qB.两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故r 226r 228=226228=113114. 【答案】 (1)88 138 (2)×10-17C (3)88 (4)113∶114原子核的“数”与“量”辨析1.核电荷数与原子核的电荷量是不同的,组成原子核的质子的电荷量都是相同的,所以原子核的电荷量必然是质子电荷量的整数倍,咱们把核内的质子数叫核电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量.2.原子核的质量数与质量是不同的,也与元素的原子量不同.原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和.核力[先填空]1.核力原子核内核子之间的彼此作使劲.2.核力的特征(1)核力是强力,在原子核内,核力比库仑力大得多.(2)核力是短程力,当两核子中心相距大于核子本身线度时,核力几乎完全消失.(3)核力与电荷无关,质子与质子,质子与中子,和中子与中子之间的核力是相等的.3.原子核的稳定性质子数越多的原子核,就需要有更多的中子来维持核的稳定,在大而稳定的原子核中,中子的数量多于质子.[再判断]1.原子核内的质子间均存在核力和库仑力.(×)2.稳定原子核的质子数老是与中子数相等.(×)3.对证子数较多的原子核,其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用.(√) [后思考]原子核是由中子和质子组成的,在原子核狭小的空间里,带正电的质子为何能挤在一路而不飞散?【提示】组成原子核的相邻的核子间存在核力.1.原子核中核子比例关系:自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等;对于较重的原子核,中子数大于质子数.越重的原子核,二者相差越多.2.形成原因及原子核的稳定性(1)原子核大到必然程度时,相距较远的质子间的核力超级小,较多的质子聚集在一路的核力不足以平衡它们之间的库仑力,原子核就不稳定了.这时,再也不成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子间没有库仑斥力,但有彼此吸引的核力,有助于维系原子核的稳定性.(2)核力的饱和性:稳定的重原子核里,中子数要比质子数多.由于核力的作用范围是有限的,核力具有饱和性,若是咱们继续增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时即便再增加中子,形成的核也必然是不稳定的.所以,原子核的大小也受到限制.4.关于核力,下列说法中正确的是( )【导学号:】A.原子核内每一个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B.核力既可能是引力,又可能是斥力C.核力对核子做正功,原子核要释放核能D.原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用E.原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用,不必然有库仑力作用【解析】核力有时表现为引力,有时表现为斥力,但不是说核力既可能是引力,又可能是斥力,故B错误;核力是短程力,只有在×10-15m左右的范围内起作用,故A正确,D 错误;核子结合成原子核时,核力对核子做正功,原子核释放必然的能量,故C正确;原子核内两核子相距较远时没有核力作用,核内质子与中子间不会有库仑力作用,E正确.【答案】ACE5.核子结合成原子核的下列说法中,正确的是( )A.原子核内的核子间均存在核力B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时,其间势能必然减小D.质子数较多的原子核,其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用E.原子核内的相邻核子间的核力与核子是不是带电无关【解析】由于核力为短程力,只会发生在相邻核子之间,与核子是不是带电无关,由此知A、B错误,E正确;当n个核子靠近到核力作用范围内,而距离大于×10-15 m时,核力表现为引力,在此进程中核力必做正功,其间势能一定减小,形成原子核后距离一般不小于×10-15m,故C正确;质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力,但各个质子间均有很强的库仑斥力,随着质子数的增加,其库仑力增加,对于稳定的原子核,必需存在较多的中子才能维系二者的平衡,故D正确.【答案】CDE1核力是强力,只存在于相邻核子之间.2核力的存在与核子是不是带电及电性无关.3原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关.核 反 应[先填空] 1.核反映原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的进程. 2.核反映方程用原子核符号描述核反映进程的式子. 3.核反映规律在核反映中,质量数和电荷数守恒. [再判断]1.卢瑟福发现质子的进程就是原子核的人工转变进程.(√) 2.核反映方程只要知足质量数、电荷数守恒可以随意写.(×) [后思考]书写核反映方程时为何不能用等号连接?【提示】 核反映进程一般都是不可逆的,核反映方程不能用等号连接,只能用单箭头表示反映方向.1.核反映的条件用α粒子、质子、中子,乃至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变. 2.核反映的实质用粒子轰击原子核并非是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变.3.原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反映:14 7N +42He→17 8O +11H(2)1932年查德威克发现中子的核反映:94Be +42He→12 6C +10n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反映:2713Al +42He→3015P +10n ;3015P→3014Si +01e.4.人工转变核反映与衰变的比较(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反映,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要必然的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发转变,它不受物理和化学条件的影响.(2)相同点:人工转变与衰变进程一样,在发生进程中质量数与电荷数都守恒,反映前后粒子总动量守恒.6.以下是物理学史上3个著名的核反映方程x +73Li→2y y +14 7N→x +17 8O y +94Be→z +126Cx 、y 和z 是3种不同的粒子,下列说法正确的是( )A .x 为α粒子B .x 为质子C .y 为α粒子D .y 为电子E .z 为中子【解析】 按照质量数守恒和电荷数守恒可以肯定x 为质子11H ,y 为42He 即α粒子,z 为中子10n.【答案】 BCE7.完成下列各核反映方程,并指出哪个核反映是第一次发现质子、中子和正电子的. (1)105B +42He→137N +( ) (2)94Be +( )→126C +10n (3)2713Al +( )→2712Mg +11H (4)147N +42He→178O +( ) (5)2311Na +( )→2411Na +11H(6)2713Al +42He→10n +( );3015P→3014Si +( ) 【解析】 (1)105B +42He→137N +10n (2)94Be +42He→126C +10n由此核反映使查德威克第一次发现了中子. (3)2713Al +10n→2712Mg +11H (4)147N +42He→178O +11H此核反映使卢瑟福第一次发现了质子. (5)2311Na +21H→2411Na +11H (6)2713Al +42He→10n +3015P ;3015P→3014Si + 0+1e(正电子)此核反映使约里奥—居里夫妇第一次发现了正电子. 【答案】 观点析书写核反映方程的四条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒;(2)中间用箭头,不能写成等号;(3)能量守恒(中学阶段不作要求);(4)核反映必需是实验中能够发生的.。
高中物理 第三章 原子核 3.6 核聚变 3.7 粒子物理学简介课件 教科版选修3-5.pptx
![高中物理 第三章 原子核 3.6 核聚变 3.7 粒子物理学简介课件 教科版选修3-5.pptx](https://img.taocdn.com/s3/m/a7be2f3faeaad1f347933f3b.png)
1
[目标定位] 1.知道什么是聚变反应,会计算核聚变中释放 的核能.2.知道热核反应,了解可控热核反应及其研究和发 展.3.了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史.
2
一、核聚变 1.定义:两个轻核结合成 较重 原子核的反应,轻核聚变必须在
高温下进行,因此又叫 热核反应 . 2.能量变化:轻核聚变后,平均结合能增加,反应中会释放能量. 3.核反应举例:21H+31H→ 42He +10n+17.6 MeV. 4.核反应条件:必须使它们的距离达到 10-15 m 以内,使核具
A.21H+13H→42He+10n 是聚变 B.29325U+10n→15440Xe+9348Sr+210n 是裂变 C.28286Ra→28262Rn+42He 是 α 衰变 D.2114Na→2142Mg+-10e 是裂变 答案 D
()
13
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.
6
3.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 +23 或 -13 ,每种夸 克都有对应的 反夸克 . (3)意义:元电荷不再是电荷的 最小单位 ,即存在分数电荷. (4)夸克的“禁闭” 夸克不能以 自由 的状态单个出现,这种性质称为夸克的“禁 闭”.
教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章原子核与基本粒子 核裂变 核聚变 粒子物理学发展概况
![教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章原子核与基本粒子 核裂变 核聚变 粒子物理学发展概况](https://img.taocdn.com/s3/m/bb43c5839a89680203d8ce2f0066f5335b81676f.png)
大的动能,表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
3.为什么轻核聚变和重核裂变都会释放能量?
提示:(1)可以从核子的平均结合能曲线上看,铁的平均结合能最大,也就是
核子结合成铁或铁附近的原子核时,每个核子平均放出的能量大。因此可
知两个比铁轻的原子核结合时,或比铁重的重核分裂时,都要放出能量。
(2)也可以根据核子的平均质量分析,铁原子的核子的平均质量最小,如果
上的储量非常丰富
比较容易进行人工控制,现在的核 目前,除氢弹以外,人们还
电站都是用核裂变反应释放核能 不能控制它
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
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
【典型例题】
【例题 1】现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是
235
1
+
0n
92
Nd+AZ Zr+310 n+8-1 0 e+ν。
(1)热源:在核电站中,核反应堆是热源,下图为简化的核反应堆示意图,铀棒
是燃料,由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%~4%)制成,石墨(重水)为慢化
剂,使反应生成的快中子变为慢中子,便于铀235的吸收,发生裂变,慢化剂附
在铀棒周围。
(2)控制棒:镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度,所以也叫控制棒。控制
部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的能量,裂变时能产
生几百万度的高温。
2.核聚变
(1)聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须使轻核之间的距离接近核力发生
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,有一种办法就是把它们加热到上亿开尔文的高温。
高中物理 第3章 原子核 6 核聚变 7 粒子物理学简介(选学)教师用书 教科版选修3-5
![高中物理 第3章 原子核 6 核聚变 7 粒子物理学简介(选学)教师用书 教科版选修3-5](https://img.taocdn.com/s3/m/90de79cef5335a8103d2209c.png)
6.核聚变7.粒子物理学简介(选学)学习目标知识脉络1.知道聚变反应,关注受控聚变反应研究的进展.2.通过核能的利用,思考科学技术与社会进步的关系.3.初步了解粒子物理学的基础知识.4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.核聚变[先填空]1.定义:把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应,简称核聚变.2.热核反应(1)举例:一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核的核反应方程:21H+31H―→42He+10n+17.60 MeV(2)反应条件①轻核的距离要达到10-15 m以内.②需要加热到很高的温度,因此又叫热核反应.(3)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.3.可控核聚变反应研究的进展(1)把受控聚变情况下释放能量的装置,称为聚变反应堆,20世纪下半叶,聚变能的研究取得重大进展.(2)核聚变的约束方法:磁约束和惯性约束,托卡马克采用的是磁约束方式.(3)核聚变是一种安全,不产生放射性物质、原料成本低的能源,是人类未来能源的希望.3.恒星演化中的核反应(1)现阶段,供太阳发生核聚变过程的燃料是氢.(2)大约50亿年后,太阳的核心的核聚变过程是:42He+42He→84Be,42He+84Be→12 6C.[再判断]1.核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些.(×)2.轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生.(×)3.现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应.(√)[后思考]1.核聚变为什么需要几百万度的高温?【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离,而核力是短程力,作用距离在10-15m,在这个距离上时,质子间的库仑斥力非常大,为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起,当温度达到几百万度时,原子核就可以具有这样大的动能.2.受控核聚变中磁约束的原理是什么?【提示】原子核带有正电,垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,绕着一个中心不断旋转而不飞散开,达到约束原子核的作用.3.恒星是如何形成的?它在哪个阶段停留的时间最长?【提示】宇宙尘埃在外界影响下聚集,某些区域在万有引力作用下开始向内收缩,密度不断增加,形成星云团,星云团进一步凝聚使得引力势能转化为内能,温度升高.当温度上升到一定程度时就开始发光,形成恒星.恒星在辐射产生向外的压力和引力产生的收缩压力平衡阶段停留时间最长.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.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.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.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.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.5.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倍核废料处理难聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多度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海水中大约有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反应释放核能目前,除氢弹以外,人们还不能控制它1.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摄氏度的高温,因此聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应D.自然界中不存在天然的热核反应E.轻核聚变易控制,目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能【解析】轻核聚变时,必须使轻核之间距离达到10-15m,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.【答案】ABC2.如图361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( )图361A .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E .这种装置是利用电场来约束带电粒子的【解析】 聚变反应原料在装置中发生聚变,放出能量,故A 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 正确,E 错误;核电站的原理是裂变,托卡马克的原理是聚变,故C 错误;该装置使人们可以在实验中控制反应速度,平稳释放核能,故D 正确.【答案】 ABD3.氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下:21H +31H →42He +10n +17.6MeV(1)这个核反应称为________.(2)要发生这样的核反应,需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文.式中17.6 MeV 是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量,核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字).【解析】 在轻核聚变反应中,由于质量亏损,放出核能,由ΔE =Δmc 2,可以求得Δm =ΔEc2≈3×10-29 kg.【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10-291核聚变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数和质量数守恒,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 =Δmc 2进行计算.粒子物理学简介[先填空]1.基本粒子(1)1897年汤姆孙发现了电子后,人们又陆续发现了质子、中子,认为电子、中子、质子是组成物质的基本粒子.(2)1932年,安德森发现了正电子,它的质量、电荷量与电子相同,电荷符号与电子相反,它被称为电子的反粒子,正电子也成为了基本粒子.2.基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类:它们分别是:媒介子、轻子、强子.3.加速器粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备,按加速粒子的路径大致分为两类:一类是直线加速器,带电粒子沿直线运动;一类是回旋加速器,带电粒子沿圆弧运动,并反复加速.能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫做对撞机.[再判断]1.质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子.(×)2.质子和反质子的电量相同,电性相反.(√)3.按照夸克模型,电子所带电荷不再是电荷的最小单元.(√)4.回旋加速器加速带电粒子时,高频电源的频率应等于回旋粒子的频率.(√)[后思考]1.为什么说基本粒子不基本?【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构,另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的.2.北京正负电子对撞机于1988年10月完成建设,成功实现正负电子对撞,你了解对撞机的工作原理吗?它有什么作用?【提示】对撞机的工作原理是粒子先在同步加速器中加速,然后射入对撞机.在对撞机里两束粒子流反方向回旋,并进一步加速,在轨道交叉的地方相互碰撞.对撞机的出现,大大提高了有效作用能,因此它在高能物质实验中起着日益显著的作用.近年来,在粒子物质中的一系列重大发现和研究成果,几乎都是在对撞机上获得的.1.新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子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比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子大分类参与的相互作用发现的粒子备注媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用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、τ子中微子未发现内部结构强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构,由“夸克”构成;强子又可分为介子和重子夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克,它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克.4.两点提醒(1)质子是最早发现的强子,电子是最早发现的轻子,τ子的质量比核子的质量大,但力的性质决定了它属于轻子.(2)粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子,它们相遇时会发生“湮灭”,即同时消失而转化成其他的粒子.4.关于粒子,下列说法正确的是( )A .电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B .强子中也有不带电的粒子C .夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D .夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位E .超子的质量比质子的质量还大【解析】 由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A 错误,B 正确;夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为+23e 和-e3,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,C错误,D 正确,超子属于强子,其质量比质子质量还大些,E 正确.【答案】 BDE5.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.【导学号:11010053】(1)中微子与水中的11H 发生核反应,产生中子(10n)和正电子(01e),即:中微子+11H→10n+01e可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是________.(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),即01e+0-1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg,反应中产生的每个光子的能量约为________J.正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是什么?【解析】(1)发生核反应前后,粒子的质量数和电荷数均不变,据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.(2)产生的能量是由于质量亏损.两个电子转变为两个光子之后,质量变为零,则E=Δmc2,故一个光子的能量为E2,代入数据得E2=8.2×10-14J.正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体,故系统总动量为零,故只有产生2个光子,此过程才遵循动量守恒定律.【答案】0和0 8.2×10-14 J 见解析对核反应中新生成粒子的认识新生成的粒子和实物粒子一样,它们之间发生相互作用时,同样遵循动量守恒定律等力学规律.。
教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第5章 原子核与基本粒子 3 核反应 结合能
![教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第5章 原子核与基本粒子 3 核反应 结合能](https://img.taocdn.com/s3/m/3f462800793e0912a21614791711cc7931b77882.png)
1.知道核反应及其遵从的规律,会正确书写核反应方程。(科学思维)
2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。(物理观念)
3.知道什么是质量亏损,能应用爱因斯坦质能方程进行计算。(科学思维)
目录索引
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
基础落实•必备知识全过关
所有粒子采用左下角(电荷数)配平,左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其
电荷数和质量数确定。如(1)中电荷数为 92-90=2,质量数为 238-234=4,由此
可知为 α 粒子(42 He),同理确定其他粒子分别为中子(10 n)、电子(-1 0 e)、正电子
(+10 e)、中子(10 n)、质子(11 H)。
是发现质子的核反应方程,哪个是发现中子的核反应方程。
14
(1)7 N+10 n
4
(2)14
N+
2 He
7
1
1H
C+___________;
1
1H
O+___________;
解析 质子的核反应方程
10
(3)5 B+10 n
(4)94 Be+42 He
7
3 Li
+42 He;
12
6 C
+10 n;
解析 现中子的核反应方程
2
4
C 错误;两个 1 H 核结合成 2 He 核时释放能量,选项 D 正确。
探究点三
质量亏损与核能的计算
导学探究
爱因斯坦狭义相对论中的质能方程给出了核能的计算方法。
(1)核反应中质量亏损与质量守恒矛盾吗?
教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章原子核与基本粒子 3.核反应 结合能
![教科版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章原子核与基本粒子 3.核反应 结合能](https://img.taocdn.com/s3/m/0741026191c69ec3d5bbfd0a79563c1ec4dad730.png)
式为E=m·c2。
4.比结合能:原子核的结合能ΔE除以核子数A称为原子核的比结合能,也叫
平均结合能。比结合能是原子核稳定程度的量度。比结合能越大,原子核
越稳定。
5.有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对?
提示:不对。在核反应中质量数守恒,即核子的个数不变,只是核子组成原
4
6
4
6
解析: 2 He 核比 3 Li 核的比结合能更大,所以 2 He 核比 3 Li 核更稳定,故 A 正确;由
4
比结合能曲线可知 2 He 核的比结合能约为 7 MeV,根据结合能等于比结合能乘
4
2
以核子数,可得 2 He 核的结合能为 7×4 MeV=28 MeV,故 B 错误;两个 1 H 核结合
量,D错误。
知识点二
质能方程和核能的计算
【问题引领】
1.质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢?
提示:不是。物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质
量的减少,并不是这部分质量消失了或转变为能量。
2.爱因斯坦质能方程中说明质量和能量可以相互转化吗?
提示:不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应
道核能与普通能量产生过程的不同。
内
容
索
引
01
自主预习·新知导学
02
合作探究·释疑解惑
03
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、核反应
1.人工转变:用高能粒子轰击原子核制造出新元素及新的放射性同位素的
过程。
2.核反应。
高中物理第三章原子核第5节第6节第7节粒子物理学简介(选学)教科35
![高中物理第三章原子核第5节第6节第7节粒子物理学简介(选学)教科35](https://img.taocdn.com/s3/m/7b3f82caee06eff9aff807f3.png)
12/9/2021
第二十三页,共四十三页。
要点二 重核裂变释放的核能的计算
1.铀核裂变为中等质量的原子核,发生质量亏损,所以放出能量.一个铀 235 核裂变 时释放的能量如果按 200 MeV 估算,1 kg 铀 235 全部裂变放出的能量相当于 2 800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量,裂变时能产生几百万度的高温. 2.计算释放的核能:质量单位为“u”时,可直接用“1 u 的质量亏损放出能量 931.5 MeV”计算总能量;当质量单位为“kg”时,直接乘以(3.0×108)2,总能量单位为焦耳.
12/9/2021
第二十四页,共四十三页。
[典例2] 用中子轰击铀核(23925U),其中的一个可能反应是分裂成钡(14561Ba)和氪(9326Kr)两 部分,放出 3 个中子.它们的质量如下: mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg; mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg. 试写出核反应方程,求出反应中释放的核能.
12/9/2021
第七页,共四十三页。
[判断辨析] (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.( × ) (2)铀块的体积大于或等于临界体积时链式反应才能不停地进行下去.( √ ) (3)铀核裂变的产物是钡和氪,且固定不变.( × ) (4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度的.( √ )
12/9/2021
12/9/2021
第十一页,共四十三页。
四、可控热核反应与恒星演化中的核反应 1.聚变反应堆:受控聚变(jù情biàn况) 下释放能量的装置. 2.太阳等恒星内部进行的核反应是轻核聚变 反应. 五、粒子 1.“基本粒子”:直到 19 世纪末,人们认为光子、电子(d、iàn质zǐ) 子、中子是“基本粒子”, 随着科学的发展,一方面逐渐发现了数以百计的新粒子,它们都不是由中子、质子、 电子组成的;另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构.因此, 20 世纪后半期,就将“基本”二字去掉,统称粒子.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
6.核聚变7.粒子物理学简介(选学)学习目标知识脉络1.知道聚变反应,关注受控聚变反应研究的进展.2.通过核能的利用,思考科学技术与社会进步的关系.3.初步了解粒子物理学的基础知识.4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.核聚变[先填空]1.定义:把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应,简称核聚变.2.热核反应(1)举例:一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核的核反应方程:21H+31H―→42He+10n+17.60 MeV(2)反应条件①轻核的距离要达到10-15m以内.②需要加热到很高的温度,因此又叫热核反应.(3)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.3.可控核聚变反应研究的进展(1)把受控聚变情况下释放能量的装置,称为聚变反应堆,20世纪下半叶,聚变能的研究取得重大进展.(2)核聚变的约束方法:磁约束和惯性约束,托卡马克采用的是磁约束方式.(3)核聚变是一种安全,不产生放射性物质、原料成本低的能源,是人类未来能源的希望.3.恒星演化中的核反应(1)现阶段,供太阳发生核聚变过程的燃料是氢.(2)大约50亿年后,太阳的核心的核聚变过程是:42He+42He→84Be,42He+84Be→12 6C.[再判断]1.核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些.(×)2.轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生.(×)3.现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应.(√)[后思考]1.核聚变为什么需要几百万度的高温?【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离,而核力是短程力,作用距离在10-15 m,在这个距离上时,质子间的库仑斥力非常大,为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起,当温度达到几百万度时,原子核就可以具有这样大的动能.2.受控核聚变中磁约束的原理是什么?【提示】原子核带有正电,垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,绕着一个中心不断旋转而不飞散开,达到约束原子核的作用.3.恒星是如何形成的?它在哪个阶段停留的时间最长?【提示】宇宙尘埃在外界影响下聚集,某些区域在万有引力作用下开始向内收缩,密度不断增加,形成星云团,星云团进一步凝聚使得引力势能转化为内能,温度升高.当温度上升到一定程度时就开始发光,形成恒星.恒星在辐射产生向外的压力和引力产生的收缩压力平衡阶段停留时间最长.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.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.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.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.5.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海水中大约有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反应释放核能目前,除氢弹以外,人们还不能控制它1.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摄氏度的高温,因此聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应D.自然界中不存在天然的热核反应E.轻核聚变易控制,目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能【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.【答案】ABC2.如图361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( )图361A .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E .这种装置是利用电场来约束带电粒子的【解析】 聚变反应原料在装置中发生聚变,放出能量,故A 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 正确,E 错误;核电站的原理是裂变,托卡马克的原理是聚变,故C 错误;该装置使人们可以在实验中控制反应速度,平稳释放核能,故D 正确.【答案】 ABD3.氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下:21H +31H→42He +10n +17.6 MeV (1)这个核反应称为________.(2)要发生这样的核反应,需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文.式中17.6 MeV 是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量,核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字).【解析】 在轻核聚变反应中,由于质量亏损,放出核能,由ΔE =Δmc 2,可以求得Δm =ΔE c2≈3×10-29kg.【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10-291核聚变反应和一般的核反应一样,也遵循电荷数和质量数守恒,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 =Δmc 2进行计算.粒 子 物 理 学 简 介[先填空]1.基本粒子(1)1897年汤姆孙发现了电子后,人们又陆续发现了质子、中子,认为电子、中子、质子是组成物质的基本粒子.(2)1932年,安德森发现了正电子,它的质量、电荷量与电子相同,电荷符号与电子相反,它被称为电子的反粒子,正电子也成为了基本粒子.2.基本粒子的分类按粒子参与相互作用的性质把粒子分为三类:它们分别是:媒介子、轻子、强子.3.加速器粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备,按加速粒子的路径大致分为两类:一类是直线加速器,带电粒子沿直线运动;一类是回旋加速器,带电粒子沿圆弧运动,并反复加速.能够实现两束相对运动的粒子对接的设备叫做对撞机.[再判断]1.质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子.(×)2.质子和反质子的电量相同,电性相反.(√)3.按照夸克模型,电子所带电荷不再是电荷的最小单元.(√)4.回旋加速器加速带电粒子时,高频电源的频率应等于回旋粒子的频率.(√)[后思考]1.为什么说基本粒子不基本?【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构,另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的.2.北京正负电子对撞机于1988年10月完成建设,成功实现正负电子对撞,你了解对撞机的工作原理吗?它有什么作用?【提示】对撞机的工作原理是粒子先在同步加速器中加速,然后射入对撞机.在对撞机里两束粒子流反方向回旋,并进一步加速,在轨道交叉的地方相互碰撞.对撞机的出现,大大提高了有效作用能,因此它在高能物质实验中起着日益显著的作用.近年来,在粒子物质中的一系列重大发现和研究成果,几乎都是在对撞机上获得的.1.新粒子的发现及特点发现时间1932年1937年1947年20世纪60年代后新粒子反粒子μ子K介子与π介子超子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比质子的质量小质量介于电子与核子之间其质量比质子大分类 参与的相互作用发现的粒子 备注媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用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、τ子中微子未发现内部结构强子 参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构,由“夸克”构成;强子又可分为介子和重子夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克,它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克.4.两点提醒(1)质子是最早发现的强子,电子是最早发现的轻子,τ子的质量比核子的质量大,但力的性质决定了它属于轻子.(2)粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子,它们相遇时会发生“湮灭”,即同时消失而转化成其他的粒子.4.关于粒子,下列说法正确的是( )A .电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B .强子中也有不带电的粒子C .夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D .夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位E .超子的质量比质子的质量还大【解析】 由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A 错误,B 正确;夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为+23e 和-e3,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,C 错误,D 正确,超子属于强子,其质量比质子质量还大些,E 正确.【答案】 BDE5.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.【导学号:11010053】(1)中微子与水中的11H 发生核反应,产生中子(10n)和正电子(01e),即:中微子+11H→10n +1e 可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是________.(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),即01e +0-1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg ,反应中产生的每个光子的能量约为________J .正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是什么?【解析】 (1)发生核反应前后,粒子的质量数和电荷数均不变,据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.(2)产生的能量是由于质量亏损.两个电子转变为两个光子之后,质量变为零,则E =Δmc 2,故一个光子的能量为E 2,代入数据得E2=8.2×10-14J .正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体,故系统总动量为零,故只有产生2个光子,此过程才遵循动量守恒定律.【答案】 0和0 8.2×10-14J 见解析对核反应中新生成粒子的认识新生成的粒子和实物粒子一样,它们之间发生相互作用时,同样遵循动量守恒定律等力学规律.。