高中物理 第十九章 原子核 第七节 核聚变 第八节 核裂变学案 新人教版选修3-5

第七节核聚变

第八节粒子和宇宙

学习目标

※知道聚变反应的特点

※能写出聚变方程并计算聚变能量

※了解可控热核反应

※知道粒子的分类及其作用

※了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化

知识导图

知识点1 核聚变

1．定义

轻核结合成__质量较大__的原子核的反应叫聚变。

例如21H＋31H―→42He＋10n

2．聚变发生的条件

要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到__10－15__m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的__库仑斥力__，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达__几百万__开尔文，因此聚变又叫__热核反应__。

3．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。

4．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。

知识点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．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。

知识点3 “基本粒子”不基本

1．“基本”粒子

19世纪末，许多人认为光子、电子、__质子__和__中子__是组成物质的不可再分的最基本粒子。

2．发现新粒子

(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由__质子__、__中子__、__电子__组成。

(2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着__复杂__的结构。 3．探测工具

粒子__加速器__和粒子__探测器__是研究粒子物理的主要工具。

知识点4 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__。

知识点5 夸克模型

组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的__±23__或__±1

3__，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由

的状态单个出现。

知识点6 宇宙与恒量的演化

1．宇宙的演化

经历了①__强子__时代 ②__轻子__时代 ③__核合成__时代 ④10万年之后，随着温度降低逐步组成__恒星__和星系。

2．恒星的演化

宇宙尘埃――→万有引力__星云团__――→凝聚

恒星⇒⎩⎪⎨⎪⎧m <1.4m 日白矮星m ＝(1.4～2)m 日中子星m >2m 日黑洞

预习反馈

『判一判』

(1)核聚变时吸收能量。(×)

(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。(√) (3)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。(√) (4)质子、中子不能再分。(×)

(5)夸克的带电量是电子电荷的整数倍。(×)

(6)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。(√) 『选一选』

(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有： (1)235

92U ＋1

0n →90

38Sr ＋136

54Xe ＋k 1

0n (2)2

1H ＋3

1H →4

2He ＋d 1

0n

关于这两个方程，下列说法正确的是( BC ) A ．方程(1)属于α衰变 B ．方程(2)属于轻核聚变

C ．方程(1)中k ＝10，方程(2)中d ＝1

D ．方程(1)中k ＝6，方程(2)中d ＝1

解析：方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，选项A 错误而B 正确；由质量数和电荷数守恒得，k ＝10，d ＝1，选项C 正确而D 错误。

『想一想』

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

探究一轻核的聚变

S

思考讨论

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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。

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归纳总结

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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。

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。