高中19-7核聚变学案教案
高中核聚变学案教案
高中核聚变学案教案 Revised by Petrel at 2021核聚变编写：吴维根审核：陶海林【知识要点】1．核聚变（1）轻核结合成质量较大的核叫做________________，如2341H H He n.1120（2）聚变发生的条件：使轻核间的距离接近______________m.（3）在消耗相同核燃料的情况下，聚变比裂变释放更多的能量.（4）热核反应（聚变）在宇宙中是很普遍的，太阳内部时刻进行着剧烈的热核反应. 2．受控热核反应裂变反应的优点多、难度大、前景好.（1）热核反应释放能量的__________________.（2）热核反应所用的燃料储量非常丰富.（3）热核反应更为安全、清洁..【典型例题】例1．热核反应是一种理想能源的原因是A．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多B．对环境的放射性污染较裂变小，且较容易处理C．热核反应的原料在地球上储量丰富D．热核反应的速度容易控制例2．太阳每秒辐射出来的能量约为×1026J，这些能量是A．重核的裂变反应中产生的B．轻核的聚变反应中产生的C．原子核的衰变反应中产生的D．热核反应中产生的例3．两个氘核聚产生一个中子和一个氦核（氦的同位素），已知氘核质量2.0136Dm u ，氦核质量 3.0150Hem u ，中子质量 1.0087nm u ，写出聚变方程并求出释放的核能。
（已知21931.5uc MeV ）【课堂检测】第一课件网1．氘核（21H ）和氘核（31H ）聚合成氦核（42He ）的核反应方程为：23411120HHHen ，设氘核质量为1m ，氚核质量为2m ，氦核质量为3m ，中子质量为4m ，则反应过程释放的能量为 A ．2122()m m m cB ．2124()m m m c C ．21234()m m m m c D ．23412()m m m m c2．下列说法不正确的是A ．23411120H H He n 是聚变B ．2351140941920543802UnXeSrn 是裂变C ．226222498962Ra Rn He 是衰变D ．2424011121Na Mg e 是裂变3．目前核电站利用的核反应是 A ．裂变，核燃料为铀B ．聚变，核燃料为铀C ．裂变，核燃料为氚D ．聚变，核燃料为氘4．某核反应方程为234112H H HeX ，已知21H 的质量为，31H 质量为，42He 的质量为，X 的质量为，下列说法中正确的是 A ．X 是质子，该反应释放能量 B ．X 是中子，该反应释放能量 C ．X 是质子，该反应吸收能量D ．X 是中子，该反应吸收能量5．现有三个核反应：①2424011121Na Mge ；②2351141921920563603U nRaKr；③23411120H H He nA ．①是裂变，②是衰变，③是聚变B ．①是聚变，②是裂变，③是衰变C ．①是衰变，②是裂变，③是聚变D ．①是衰变，②是聚变，③是裂变6．一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量Hm=，中子质量21.0087m u，氘核质量 3.0180m u（1）写出聚变方程；（2）求释放出的核能多大（3）平均每个核子释放的能量是多大。
19.7核聚变 学案.doc
19. 7核聚变【知识要点】(-)核聚变1.聚变聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
2.轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，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例氢的聚变反应：^H+^H^iHe+SH+A MeV、^H+^H^He+^n+U.e MeV释放能量：/£=/刃/ = 17.6 MeV,平均每个核子释放能量 3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3〜4倍3.核聚变发生的条件微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10上m,要使原子核接近到这种程度，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。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
4.两种核聚变实例：(1)氢弹；(2)太阳(-)受控热核反应1.聚变与裂变相比有很多优点第一、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、是轻核聚变反应更为安全、清洁。
2.科学家设想的受控热核反应有两种方案：即磁约束和惯性约束【典型例题】例：三个a粒子结合成一个碳¥(2,已知碳原子的质量为12.0000 u,氮原子的质量为4.0026 u. (1 u=1.66xl0-27 kg)(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?解析：(l)3#He —1纟C+AE(2)A/w=3x4.0026 u-12.0000 u=0.0078 u△也=0.0078xl.66xl(p27 kg= 12.948X1CT" kgA£=Amc2~1.165xlO-12 J(3)A£'=1.165xl0_12/(1.6xl0_19)eV~7.28xl03 4 5 6 7eV=7.28 MeV【巩固练习】1. ____________________ 把两个质量较 _________________ 的原子核结合成质量较______________________ 的原子核的过程叫______________ ,由于这种反应需要在几百万度的高温下进行，所以也叫2. _____________________________________________________________ 轻核聚变与重核裂变相比有更多的优点，第一，轻核聚变产能效率较____________ ;3 下列核反应中属于轻核聚变的是(A )A.H+ H — He+ nB. Th Pa+eC. Be + He — C+nD. U — Th+H4 关于轻核聚变，下列说法正确的是( BD )A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量B.同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能5 .关于我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，下列说法正确的是(B )A.它们都是利用核聚变释放核能B.它们都是利用核裂变释放.核能C.两者的核燃料都是纯铀235D.前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能6 一个质子和两个中子聚变成一个氟核，已知质子质量为1.0073U,中子质量为1.0087U,氟核质量为3.0180u,(1)写出核反应方程；(2)求该反应中释放的核能。
高中物理概念核聚变教案
高中物理概念核聚变教案教案范本教学目标：1. 了解核聚变的定义和原理；2. 掌握核聚变在太阳等恒星中的重要作用；3. 理解核聚变在地球上的应用。
教学重点：1. 核聚变的定义和原理；2. 核聚变在太阳等恒星中的作用；3. 核聚变在地球上的应用。
教学难点：1. 理解核聚变过程中的能量转化；2. 掌握核聚变在太阳等恒星中的核心作用。
教学过程：一、核聚变的定义和原理（15分钟）1. 介绍核聚变的概念和定义；2. 解释核聚变是指两个轻核聚合成一个较重的核的过程；3. 讲解核聚变是放出能量的过程，是一种巨大的能源。
二、核聚变在太阳等恒星中的作用（20分钟）1. 介绍太阳的能量来源是核聚变；2. 解释太阳中氢原子核融合成氦原子核释放出大量的能量；3. 讲解核聚变是维持太阳恒星运行的能源。
三、核聚变在地球上的应用（20分钟）1. 介绍地球上的核聚变实验；2. 解释核聚变在地球上的应用可以产生清洁、高效的能源；3. 讲解核聚变在地球上广泛应用的前景。
四、核聚变实验（25分钟）1. 给学生展示一些核聚变实验的视频；2. 让学生做实验演示，体验核聚变的过程；3. 引导学生思考核聚变的未来应用。
五、课堂小结（10分钟）1. 复习核聚变的定义和原理；2. 总结核聚变在太阳和地球上的重要作用；3. 引导学生思考核聚变的未来发展。
六、作业布置（5分钟）1. 布置学生阅读相关资料，了解更多关于核聚变的知识；2. 撰写一篇关于核聚变的作文，表达对于核聚变的看法和未来展望。
教学反思：通过本节课的学习，学生能够全面了解核聚变的概念、原理和应用，增强对核聚变的兴趣和认识。
同时，通过核聚变实验的演示和讨论，培养学生的实验能力和动手能力，激发学生的创新和探索精神。
在未来的教学中，可以结合实际案例和科技发展，进一步深化学生对核聚变的理解和应用。
人教版高中物理选修(3-5)-19.7《核聚变》导学案
高二物理选修核聚变导学案一、知识点扫描1、聚变及其条件问题：什么叫轻核的聚变？问题：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？计算氢的聚变反应所释放能量：2H+31H→42He+10n1（21H的质量是2.0136u，31H的质量是3.0166u，42He的质量是4.0026u，10n的质量是1.0087u。
）提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，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。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。
说明：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K 以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。
太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。
它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。
当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！（2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
提问：氢弹爆炸原理是什么？2、可控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。
我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。
请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？可控热核反应发展进程：总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。
人教版高中物理选修(3-5)-19.7《核聚变》参考教案
19.7 核聚变三维教学目标1、知识与技能（1）了解聚变反应的特点及其条件；（2）了解可控热核反应及其研究和发展；（3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力3、情感、态度与价值观（1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学；（2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点:聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
教学方法:教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
教学过程:第七节核聚变（一）引入新课1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。
从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。
前苏联用了四年，美国用了7年。
氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。
这节课我们就来研究聚变的问题。
（二）进行新课1、聚变及其条件提问：什么叫轻核的聚变？（两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变）提问：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？（因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，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）归纳补充：（1）氢的聚变反应：2H+21H→31He+11H+4 MeV、21H+31H→42He+10n+17.6 MeV1（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，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。
教学设计6：19.7 核聚变
第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成。
知道放射性和原子核的衰变。
会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。
知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。
能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。
会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。
知道裂变反应和聚变反应。
关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。
了解裂变反应堆的工作原理。
了解常用裂变反应堆的类型。
知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。
初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习19.7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
★教学重点聚变核反应的特点。
★教学难点聚变反应的条件。
★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。
高中物理第十九章原子核7核聚变课堂互动学案新人教版
7 核聚变课堂互动三点剖析一、轻核的聚变聚变发生的条件(1)微观上，参与反映的原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，所有的核都带有正电，彼其间存在着库仑排斥力.要使原子接近这种程度，必需使它们具有专门大的动能来克服原子核之间壮大的库仑斥力.(2)宏观上，要使原子核具有如此大的动能，就有把它加热到几百万摄氏度以上的高温.二、聚变能量的释放热核反映在宇宙中是很普遍的，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因此在那里进行着激烈的热核反映，不断向外界释放庞大的能量.聚变一旦发生，就不需要外界给它能量，靠自身的热就可以够维持反映持续下去，在短时刻释放庞大的能量，这就是核聚变引发的核爆炸，人们利用核聚变反映制成的氢弹，其威力是原子弹的十几倍.三、核聚变与核裂变的不同(1)放能原理不同.核裂变是重核割裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能的反映；核聚变是两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能的反映.(2)放能多少不同.聚变比裂变放能要大得多.(3)原料的蕴藏量不同.聚变材料丰硕，主要原料氘的储量比裂变的原料铀多得多.(4)可控性不同.裂变反映早已实现人工控制，被人类和平利用；聚变反映还未实现人工控制，未被人类和平利用.(5)安全、污染小.裂变堆的核燃料不仅产生壮大的辐射，伤害人体，而且贻害千年的废料也很难处置，核聚变的辐射则小得多.各个击破【例1】下列关于聚变的说法中，正确的是( )A.要使聚变产生，必需克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫热核反映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烧核反映D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反映解析：聚变时，要使轻核之间的距离达到10-15 m ，所以必需克服库仑斥力做功.原子核必需有足够的动能，才能使它们接近核力能发生作用的范围.实验证明，原子核必需处在几百万摄氏度以上的高温才有如此的能量，如此高的温度通常利用原子弹爆炸取得.在太阳和许多恒星内部存在着热核反映.答案：ABCD【例2】 一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反映方程是n He H H 10423121+→+.已知H 21的质量为 553 u 、H 31的质量为 723 u 、He 42质量为 000 u 、中子的质量为 276 u 、1 u 相当于 MeV 的能量.求出释放的核能.解析：聚变前的总质量：聚变后的总质量：质量亏损为：Δm= 100 u释放的能量为：ΔE=Δmc 2= 100× MeV= MeV.答案： MeV【例3】 热核反映是一种理想能源的原因是( )A.就每一个核子平均来讲，比重核裂变时释放的能量多B.对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处置C.热核反映的原料在地球上储量丰硕D.热核反映的速度容易控制 解析：实践表明，聚变反映平均每一个核子比裂变反映中平均每一个核子放出的能量要大3—4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰硕，其放射性污染也较裂变轻.可是，目前只能是轻核聚变制造，人们还不能控制聚变反映及和平利用聚变时释放的核能，故正确选项为A 、B 、C.答案：ABC【例4】 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)，已知氘核质量m D = 6 u ，氦核质量m He = 0 u ，中子质量m n = 7 u,写出聚变方程并求出释放的核能.(已知1uc 2= MeV) 解析：聚变的核反映方程为：n He H H 10322121+→+核反映中的质量亏损为：Δm=2m D -(m He +m n )=(2× 7) u= 5 u核反映释放的能量为：ΔE=Δmc 2= 5 uc 2= 5× MeV= MeV. 答案：n He H H 10322121+→+， MeV。
高中物理第十九章原子核7核聚变学案新人教版选修3_5
7 核聚变1．轻核的聚变(1)聚变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映，称为聚变。
聚变反映又称为热核反映。
(2)聚变方程：21H＋31H→42He＋10n＋γ(3)聚变发生的条件：要使轻核聚变，就必需使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，可是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必需克服电荷间专门大的斥力作用，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。
(4)聚变实例太阳和许多恒星都是庞大的热核反映堆，太阳的主要成份是氢，其中心温度达×107K，在此温度下，氢核聚变成氦核的反映激烈地、不断地进行着，不断放出能量。
【例1】以下说法正确的是( )A．聚变是裂变的逆反映B．若是裂变释放能量，则聚变反映一定吸收能量C．聚变须将反映物加热至数百万摄氏度以上的高温，显然是吸收能量D．裂变与聚变都可释放庞大的能量解析：A选项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反映，但其实不然，因为二者的反映物和生成物完全不同。
裂变是重核割裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反映。
B选项，既然裂变与聚变不是互为逆反映，则在能量流向上也没必要相反。
C选项，要实现聚变反映，必需使参加反映的轻核充分接近，需要数百万摄氏度的高温提供能量。
但聚变反映一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量。
因此，总的来讲，聚变反映仍是释放能量，故D正确。
答案：D2．受控热核反映(1)聚变相较裂变的长处①轻核聚变产能效率高。
②聚变燃料储量丰硕。
③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)控制热核反映的难点：任何容器都不能经受反映物需要的高温。
(3)控制方式①磁约束：利用磁场来约束参加反映的带电粒子。
②惯性约束：利用激光的惯性压力约束参加反映的物质。
(4)聚变的应用①核武器——氢弹：一种不需要人工控制的聚变反映装置。
19.7 核聚变 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (2)
7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
★教学重点聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
★课时安排1 课时★教学过程能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。
煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。
近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。
什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性元素的衰变行吗？例如：U238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV 的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。
利用人工核转变行吗？例如：M n C He Be 6.5101264294++→+M n He n Be 8.431421063++→+但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。
实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？那么如何获得核能呢？重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。
这节课我们学习轻核的聚变。
轻核聚变：核物理中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。
三、轻核聚变学生阅读课文，并回答下列问题：（1）是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？（2）什么叫轻核的聚变？（3）发生轻核聚变的条件是什么？结合裂变知识，引导学生回答问题：不是任意核聚变在一起都能释放能量。
陕西省西安市庆安高级中学高中物理 19.7核聚变导学案
核反应1：
核反应:2：
核反应3：
核反应4：
共同点：
区 别：
问题3：太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量则：
陕西省西安市庆安高级中学高中物理 19.7核聚变导学案 新人教版选修3-2
【学习目标】有目标就有方向
1.知道什么是核聚变反应，核聚变反应遵循什么规律？
2.能利用爱因斯坦的质能方程计算核聚变反应释放的核能。
3.了解核聚变反应相比核裂变反应的优点
【问题及问题解决】
阅读P88-- P89回答下列问题：
问题1：什么是核聚变反应，核聚变反应为什么又称热核反应？试着写出一个核聚变反应方程。核聚变反应遵循什么规律？
A．（m1+m2）c2B．（m3+m4）c2
C．（m1+m2－m3－m4）c2D．以上三项都不正确
自我检测3、下列方程中，表示核聚变的是（ ）
A. B.
C. D.
E. F.
自我检测4.“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列原子弹和氢弹的说法正确的是（ ）
A.原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式 H+ H→ He+ n
A．X是质子B．X是正电子
C．X的质量为m1＋m2－m3D．X的质量为m1＋m2－m3－
自我检测1：科学家发现在月球上含有丰富的 He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为 He＋ He―→2 H＋ He.关于 He聚变下列表述正确的是( )
高中物理 第19章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙学案 新人教版选修35
7 核聚变 8 粒子和宇宙[学习目标] 1.了解核聚变及其特点和条件.2.会判断和书写核聚变反应方程，能计算核聚变释放的能量.3.知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型.4.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化．一、核聚变[导学探究] 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？答案 轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15m ；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度．2．目前人们实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？如何实现对热核反应的控制？答案 (1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是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热核反应，但这是不可控制的．(2)实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温． (3)可能实现对热核反应的控制方法：磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置． 惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应．[知识梳理] 对核聚变的认识 1．聚变两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应． 2．聚变方程21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV.3．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 ，这要克服电荷间巨大的库仑斥力作用，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，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． [即学即用] 判断下列说法的正误．(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)轻核聚变比裂变更完全、清洁．( √ )(4)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．( √ ) 二、粒子和宇宙[导学探究] 强子和夸克的关系是怎样的？夸克分多少种？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？答案 夸克是强子的基本组成成分；夸克有6种：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；夸克不能以自由的状态单个出现的性质，叫夸克的“禁闭”． [知识梳理] 对粒子和宇宙的理解 1．“基本粒子”不基本(1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”．(2)随着科学的发展，科学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． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)质子、中子不能再分．( × )(2)夸克的带电荷量是电子电荷的整数倍．( × )一、核聚变的特点及应用 1．核聚变的特点(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)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．(3)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)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． 2．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． 3．重核裂变与轻核聚变的区别例1 氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H ＋31H ―→42He ＋x ，式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeV c2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．答案 10n(或中子) 17.6解析 根据质量数和电荷数守恒可得x 是10n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为 ΔE ＝Δm ·c 2≈17.6 MeV.针对训练1 (多选)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”的说法正确的是( )A ．“人造太阳”的核反应方程是21H ＋31H→42He ＋10nB ．“人造太阳”的核反应方程是23592U ＋10n→14156Ba ＋9236Kr ＋310nC ．根据公式E ＝mc 2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多 D ．根据公式E ＝mc 2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同 答案 AC解析 21H ＋31H→42He ＋10n 是轻核聚变方程，故A 项正确；根据轻核聚变特点，相同质量的核燃料，轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C 正确． 二、粒子的分类和夸克模型 1．粒子的分类2.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＋23或－13.例如，上夸克带的电荷量为＋2e 3，下夸克带的电荷量为－e3.(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．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B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成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 答案 B解析 质子11H 带电荷量为2×23e ＋(－13e )＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×(－13e )＝0.可见B正确．针对训练2 若π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u 或夸克d)和一个反夸克(反夸克u 或反夸克d )组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e 为元电荷.(1)按最简单的组成，π＋介子由谁和谁组成？ (2)按最简单的组成，π－介子由谁和谁组成？ 答案 (1)π＋介子是由夸克u 和反夸克d 组成的 (2)π－介子由夸克d 和反夸克u 组成解析 (1)π＋介子带有＋e 的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克u 带＋23e和反夸克d 带＋13e 合成电荷量为e .(2)π－介子带有－e 的电荷量，是由一个夸克和一个反夸克组成的，夸克d 带－13e 和反夸克u 带－23e 合成电荷量为－e .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，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D ．太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行 答案 ABC解析 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m ，故必须克服库仑斥力做功，A 正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万开尔文的高温，B 正确；热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C 正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D 错．2．(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( ) A.31H ＋21H ―→42He ＋10n 是核聚变反应 B.31H ＋21H ―→42He ＋10n 是β衰变C.23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应 D.23592U ＋10n ―→14054Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变 答案 AC解析 两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A 对，B 错；重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C 对；原子核放出α或β粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变．原子核的衰变的反应物只有一种，故D 错．3．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 ．强子都是带电的粒子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 答案 D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 、B 错误；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．4．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(已知质子质量为m H ＝1.007 3 u ，氦核质量为m He ＝4.001 5 u ，正电子质量为m e ＝0.000 55 u ，结果保留两位小数，1 u 相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 答案 (1)411H→42He ＋2 0＋1e (2)24.78 MeV (3)4.22×109 kg解析 (1)由题意可得核反应方程为 411H→42He ＋2 0＋1e.(2)反应前的质量m 1＝4m H ＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u ，反应后的质量m 2＝m He ＋2m e ＝4.001 5 u ＋2×0.000 55 u＝4．002 6 u ，Δm ＝m 1－m 2＝0.026 6 u ， 由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV. (3)由质能方程ΔE ′＝Δm ′c 2得太阳每秒减少的质量 Δm ′＝ΔE ′c2＝3.8×102682kg≈4.22×109kg.一、选择题(1～5题为单选题，6～8题为多选题) 1．下列说法正确的是( ) A ．聚变是裂变的逆反应B ．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量C ．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D ．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子 答案 C解析 聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A 错；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，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B 错；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C 对；质子是最早发现的强子，故D 错． 2．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 ．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大 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，故反应后质量增大 答案 B3．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He ＋32He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( ) A ．聚变反应不会释放能量 B ．聚变反应产生了新的原子核 C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一；目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电． 4．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称：EAST ，俗称“人造太阳”)．设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为m 1，氚核(31H)的质量为m 2，反应后氦核(42He)的质量为m 3，中子(10n)的质量为m 4，光速为c ，下列说法正确的是( ) A ．这种装置中发生的核反应方程式是21H ＋31H ―→42He ＋10n B ．由核反应过程质量守恒可知m 1＋m 2＝m 3＋m 4 C ．核反应放出的能量等于(m 1－m 2－m 3－m 4)c 2D ．这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同 答案 A解析 核反应方程为21H ＋31H ―→42He ＋10n ，选项A 正确；反应过程中向外释放能量，故质量有亏损，且释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，选项B 、C 错误；可控热核反应为核聚变，大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变，选项D 错误．5．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H ＋12 6C ―→137N ＋Q 1① 11H ＋157N ―→126C ＋X ＋Q 2②方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：以下推断正确的是( ) A ．X 是32He ，Q 2>Q 1 B ．X 是42He ，Q 2>Q 1 C ．X 是32He ，Q 2<Q 1 D ．X 是42He ，Q 2<Q 1 答案 B解析 由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X 为42He ，①式的质量亏损为Δm 1＝1.007 8 u ＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u．②式的质量亏损为Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，所以Δm2>Δm1.根据质能方程ΔE＝Δmc2可求得Q2>Q1，故选B.6．关于核反应的类型，下列表述正确的有( )A.238 92U―→234 90Th＋42He是α衰变B.14 7N＋42He―→17 8O＋11H是β衰变C.21H＋31H―→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se―→8236Kr＋20－1e是重核裂变答案AC7．关于轻核聚变，下列说法正确的是( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量B．物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能答案BD解析根据比结合能图线可知，聚变后比结合能增加，因此聚变反应中会释放能量，故A错误；聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3～4倍，故B 正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应时，要使轻核之间的距离达到10－15 m以内，这需要原子核有很大的动能才可以实现聚变反应，故C错误，D正确．8．核聚变的主要原料氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，3m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是( )2He的质量为A．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个32He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个32He所释放的核能为(m1－m3－m4)c2D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性答案BD解析由核反应方程知221H→32He＋10X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C均错误，B、D正确．二、非选择题9．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104 m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s，方向与中子的运动方向相反．(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度大小．答案 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He (2)2×104m/s 解析 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He.(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得m n v 0＝－m T v 1＋m He v 2v 2＝m n v 0＋m T v 1m He＝2×104 m/s.。
物理：新人教版选修3-5 19.7核聚变(教案)
第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变，会用半衰期描述衰变速度,知道半衰期的统计意义，（2）了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防护，例1 了解放射性在医学和农业中的应用，例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性,了解相关的国家标准，（3）知道核力的性质，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因，会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程，（4）认识原子核的结合能，知道裂变反应和聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展，（5）知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式，（6）通过核能的利用,思考科学技术与社会的关系，例3 思考核能开发带来的社会问题，（7）初步了解恒星的演化，初步了解粒子物理学的基础知识，例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用，2．活动建议：（1）通过查阅资料,了解常用的射线检测方法，（2）观看有关核能利用的录像片，（3）举办有关核能利用的科普讲座，新课程学习19．7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景，（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本,培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习,使学生进一步认识导科学技术的重要性,更加热爱科学、勇于献身科学，2．认识核能的和平利用能为人类造福,但若用于战争目的将给人类带来灾难,希望同学们努力学习,为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力，★教学重点聚变核反应的特点，★教学难点聚变反应的条件，★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等，★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：1967年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功，从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功,我国仅用了两年零八个月，前苏联用了四年,美国用了7年，氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的，这节课我们就来研究聚变的问题.学生：学生认真仔细地听课点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸,激发同学们的爱国热情，（二）进行新课1．聚变及其条件提问：请同学们阅读课本第一段,回答什么叫轻核的聚变？学生仔细阅读课文学生回答：两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫做聚变，投影材料一：核聚变发展的历史进程［1］提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3）,想一想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？让学生了解聚变的发展历史进程，学生思考并分组讨论、归纳总结，学生回答：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大,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点评：学生阅读课本,回答问题,有助于培养学生的自学能力，教师归纳补充：（1）氢的聚变反应：2H+21H→31He+11H+4 MeV、12H+31H→42He+10n+17.6 MeV1（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV,平均每个核子释放能量3 MeV以上,约为裂变反应释放能量的3～4倍提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？学生阅读教材,分析思考、归纳总结并分组讨论，得出结论微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围,即10-15 m,要使原子核接近到这种程度,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，宏观上：要使原子核具有如此大的动能,就要把它加热到几百万摄氏度的高温，点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件,有助于加深理解，教师说强调：聚变反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去,在短时间释放巨大的能量,这就是聚变引起的核爆炸，教师补充说明：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳和很多恒星的内部温度高达107 K 以上,因而在那里进行着激烈的热核反应,不断向外界释放着巨大的能量，太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J,地球只接受了其中的二十亿分之一，太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻，它每秒有７亿吨原子核参与碰撞,转化为能量的物质是400万吨，科学家估计,太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年，当然,与人类历史相比,这个时间很长很长！ 教师：希望同学们课后查阅资料,了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用，（2）上世纪四十年代,人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹,氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器,在其中进行的是不可控热核反应,它的威力是原子弹的十几倍，提问：氢弹爆炸原理是什么？学生阅读教材：课本图19.7-1是氢弹原理图,它需要用原子炸药来引爆,以获得热核反应所需要的高温,而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃，［教师点拨］［录像］氢弹的构造简介及其爆炸情况，根据你收集的资料,还能通过什么方法实现核聚变？学生回答：日英开发出激光核聚变新方法、有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变，点评：学生自学看书,自己归纳总结, 有助于培养学生分析问题、解决问题的能力,逐步提高学生的归纳总结能力，2．可控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点提问：目前,人们还不能控制核聚变的速度,但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应,以使核聚变造福于人类，我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平，请同学们自学教材,了解聚变与裂变相比有哪些优点？投影材料二[2]：可控热核反应发展进程例：一个氘核和一个氚核发生聚变,其核反应方程是21H+31H →42He+10n,其中氘核的质量：m D =2.014 102 u 、氚核的质量：m T =3.016 050 u 、氦核的质量：m α=4.002 603 u 、中子的质量：m n =1.008 665 u 、1u=1.660 6×10-27kg,e = 1.602 2×10-19C,请同学们求出该核反应所释放出来的能量，学生计算：根据质能方程,释放出的能量为：MeV eV c m m m m mc E n T D 6.17106022.1)103(106606.10186.0)(19282722=⨯⨯⨯⨯⨯=--+=∆=∆--α 教师点拔：平均每个核子放出的能量约为3.3MeV,而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV ，总结：聚变与裂变相比,这是优点之一,即轻核聚变产能效率高，教师点拔：常见的聚变反应：21H+21H →31He+11H+4MeV 、 21H+31H →42He+10n+17.6 MeV ，在这两个反应中,前一反应的材料是氘,后一反应的材料是氘和氚,而氚又是前一反应的产物,所以氘是实现这两个反应的原始材料,而氘是重水的组成部分,在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的，从这个意义上讲,轻核聚变是能源危机的终结者，总结：聚变与裂变相比,这是优点之二,即地球上聚变燃料的储量丰富，如1L海水中大约有0.03g氘,如果发生聚变,放出的能量相当于燃烧300L汽油，聚变与裂变相比,优点之三,是轻核聚变反应更为安全、清洁，实现核聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应就自动终止了，另外,氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的,放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂就所生成的废物的数量少,容易处理，（2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况，EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标,这个装置也被通称为“人造太阳”,能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源，目前,由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕,进入抽真空降温试验阶段，我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置,模拟太阳产生能量，点评：通过了解我国在可控热核反应方面的成就,激发学生的爱国热情和献身科学的能力，（三）课堂小结本节主要研究了聚变核反应的特点和条件,聚变反应要比裂变反应释放更多的能量,但它发生的条件是要达到几百万度的高温,因而聚变反应也叫热核反应.可控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径，（四）作业：完成课后练习★教学体会本节课虽然教学要求不高,但却是开展中学科技教育活动的生动内容，然而课本的编写,却限于篇幅等因素的影响,存在正如爱因斯坦所说的问题：“科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前,读者学生体验不到探索和发现的喜悦,感觉不到思想形成的生动过程也很难达到清楚地解释全部过程，”在课堂教学过程中,结合内容的讲授,以史为鉴,虽着墨不多,却寓意深远,本材料正是以此为设计思想的：沿着科学家的足迹,剖析科学家的思维,领略科学家的创造；激发同学们的兴趣,培养同学们的能力,陶冶同学们的情操，附：[1]投影材料一时间人物事件20年代阿斯顿指出：中等大小的原子核结合最紧密,核裂变或轻核聚变都会放出能量,核聚变放出的能量比裂变大许多1920年爱丁顿猜测：太阳的能量来自亚原子粒子的相互作用1926年爱丁顿指出：太阳总体积具有2000万度的高温和极高的密度，1929年罗素指出：太阳总体积的60％是氢气,如果太阳的能量真是依靠核反应的话,那么这种核反应只能是氢气的聚变，1938年贝特证明：太阳的能量确实是靠氢气的聚变来维持的，[2]投影材料二事件人物事件1933年科学家们在实验室中首次观测到核聚变就是氘的聚变1934年卢瑟福用氘核去轰击氘靶产生了氚,发现氚聚变温度比氘更低，1942年特勒在探索制造原子弹的各种途径的讨论中提出了一个可怕的问题，1944年费米用氢的同位素氖和氛做燃料,只需五千万度就可以发生核聚变，1945年美国原子弹研制成功后,人们立即觉察到,可以利用裂变反应所产生的超高温来实现核聚变反应,这就是氢弹的原理，。
19.7核聚变教案 -高二下学期物理人教版选修3-5
§19.7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
★教学重点聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课白天我们沐浴在明媚的阳光下，夜晚来临，我们仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的太空又把我们带入无限的遐想当中。
【多媒体展示】大家请看这幅图，意境美不美？（美）那么你知道繁星发光的原因吗？（太阳的反射光）很好！那么太阳为什么本领那么大，能把繁星照亮？（因为太阳内部发生着激烈的聚变反应）可见，聚变反应释放出来的能量是多么的巨大！好今天这节课我们就来研究聚变问题！【板书】§19.7 核聚变（二）进行新课一、核聚变提问：那么什么叫核聚变呢？【多媒体展示】利用多媒体内容进行解释。
强调：17.60MeV 这是一个氘核和一个氚核结合释放出来的能量。
提问：请同学们想想轻核聚变为什么会释放核能？回想上节我们讲的核裂变，想一想轻核聚变为什么会比重核裂变能释放出更多的核能？其原因是什么？【多媒体展示】轻核聚变比重核裂变能释放出更多的核能的理解利用多媒体内容进行解释。
轻核聚变存在质量亏损提问：同等质量的轻核聚变与重核裂变释放出核能之比？【多媒体展示】同等质量的轻核聚变与重核裂变释放出核能之比的计算。
利用多媒体内容进行解释。
高中物理 第十九章 原子核 第7节 核聚变学案 新人教版选修35
7 核聚变1．知道核聚变和聚变反应的条件、特点。
2．能写出核聚变反应方程并会计算核聚变反应释放的能量。
3．了解可控热核反应。
“大海航行靠舵手，万物生长靠太阳。
”你知道太阳靠什么为地球上的万物提供能量吗？太阳内部发生着什么样的核反应呢？提示：太阳内部发生的是核聚变反应。
太阳辐射的能量是核聚变反应中释放的核能。
1．核聚变(1)两个______核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做______。
(2)轻核聚变后，比结合能______，反应中会______能量。
(3)一个氘核与一个氚核结合生成一个氦核时，释放出17.6 MeV的能量，核反应方程是31H＋21H→42He＋________。
(4)要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到______以内，核力才能起作用。
(5)轻核聚变需在几百万开尔文的高温下才能进行，因此，轻核聚变又叫______反应。
(6)氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹，再由________爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(7)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________。
2．受控热核反应(1)聚变与裂变相比有很多优点，第一，__________________。
第二，__________________。
第三，______________。
(2)为了实现核聚变，科学家设想了两种方案，即____约束和______约束，________是目前性能最好的一种磁约束装置。
答案：1．(1)轻核聚变(2)增加释放(3)10n (4)10－15 m (5)热核(6)原子弹(7)热核反应堆2．(1)轻核聚变产能效率高地球上聚变燃料的储量丰富轻核聚变安全、清洁(2)磁惯性环流器一、对轻核聚变的理解二、重核裂变和轻核聚变的比较三、热核反应的控制方法1．磁约束：利用强磁场来约束参加反应的物质。
目前性能最好的磁约束装置是环流器(又称托卡马克)。
2002年12月“中国环流器二号”开始运行。
高中物理选修3-5 《19.7 核聚变、粒子和宇宙》导学案
19.6核裂变19.7核聚变19.8粒子和宇宙【学习目标】1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件.3.会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量.【知识探究】一、核裂变和链式反应[导学探究](1)铀核裂变是如何发生的？(2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？[知识梳理]对核裂变和链式反应的理解(1)核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的__________，并放出________的过程.(2)铀核裂变用________轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235U＋________→144 56Ba＋8936Kr＋________.92(3)链式反应由重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应.(4)链式反应的条件①铀块的体积________或等于临界体积或铀块的质量________或等于临界质量.②有足够数量的______中子.[即学即用]铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()A.铀块的质量是重要因素，与体积无关B.为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D.能否发生链式反应与铀的质量无关二、核电站[知识梳理]核反应堆的结构及核电站的认识(1)核电站是利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：①燃料：________.②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用________、重水或普通水作慢化剂；③控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉____________的能力很强的特性，控制链式反应的速度.(2)工作原理核燃料________释放能量，使反应区温度升高.(3)能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却.(4)核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，____________.[即学即用]核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是()A.原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统B.原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统C.原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D.原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统三、核聚变[导学探究](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？(2)目前人们实现的核聚变是什么？实现热核反应存在的困难是什么？如何实现对热核反应的控制？[知识梳理]对核聚变的认识(1)聚变两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应.(2)聚变方程：2H＋31H―→42He＋10n＋17.6 MeV.1(3)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________ m，这要克服电荷间强大的库仑力作用，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，有一种方法就是给它们________，使物质达到几百万开尔文以上的高温.[即学即用](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，因此聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应，在地球内部也可自发地进行四、粒子和宇宙[导学探究]强子和夸克的关系是怎样的？夸克分多少种？它的带电性是怎样的？什么是夸克的“禁闭”？[知识梳理]对粒子和宇宙的理解(1)“基本粒子”不基本①直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、________、________，并把它们叫做“基本粒子”.②随着科学的发展，科学们发现了很多的新粒子并不是由以上____________组成的，并发现________、________等本身也有复杂结构.(2)发现新粒子①新粒子：1932年发现了________，1937年发现了________，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：________、________和__________. (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________构成的. [即学即用] 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，下列说法中可能正确的是( )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B.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成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【典例精析】一、重核裂变的理解及核能的计算例1 关于重核的裂变，下列说法正确的是( ) A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C.重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D.重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 归纳总结 重核裂变的实质：(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程.(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小.所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量(但核子数守恒)，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量.例2 用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子.各个核和中子的质量如下： m U ＝390.313 910－27kg ，m n ＝1.674 910－27kg ；m Ba ＝234.001 610－27kg ，m Kr ＝152.604 710－27kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能.总结提升铀核裂变释放核能的计算(1)首先算出裂变反应中的质量亏损Δm.(2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能计算时要注意Δm与ΔE单位的对应关系：若Δm用kg做单位，则ΔE用J做单位；若Δm用u做单位，则ΔE用MeV做单位，1 u相当于931.5 MeV的能量.(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能E＝nΔE.二、轻核聚变的理解及核能的计算例3(多选)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”的说法正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB.“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC.根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D.根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同例4太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(计算结果在小数点后保留两位小数，1 u 相当于931.5 MeV的能量)(1)写出这个核反应方程.(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(已知质子质量为m H＝1.007 3 u，氦核质量为m He＝4.001 5 u，正电子质量为m e＝0.000 55 u)总结提升重核裂变与轻核聚变的区别1.一个23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U＋10n→X＋9438Sr ＋210n，则下列叙述正确的是()A.X原子核中含有86个中子B.X原子核中含有141个核子C.因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少2.一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A.(M－m1－m2)c2B.(M＋m－m1－m2)c2C.(M－m1－m2－9m)c2D.(m1＋m2＋9m－M)c23.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H＋12 6C→13 7N＋Q1，11H＋15 7N→12 6C＋X＋Q2.方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：以下推断正确的是()A.X是32He，Q2＞Q1B.X是42He，Q2＞Q1C.X是32He，Q2＜Q1D.X是42He，Q2＜Q14.一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同时放出一个中子，已知氘核质量为m1＝2.014 1 u，氚核质量为m2＝3.016 0 u，氦核质量为m3＝4.002 6 u，中子质量为m4＝1.008 665 u,1 u相当于931.5 MeV的能量，求：(1)写出聚变的核反应方程；(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？(结果在小数点后保留一位小数)答案精析知识探究一、导学探究(1)铀核的裂变①核子受激发当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状.②核子分裂核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应.(2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生.铀核裂变不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应.知识梳理(1)新原子核核能(2)中子10n310n(3)中子(4)①大于大于②慢即学即用C[要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确.]二、知识梳理(1)反应堆①铀棒②石墨③吸收中子(2)裂变(3)循环流动(4)水泥层放射性深埋地下即学即用A[核反应堆的主要部分包括：①燃料，即浓缩铀235；②慢化剂，采用石墨、重水或普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电，故A正确，B、C、D错.]三、导学探究(1)轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接近到发生相互作用的距离，约为10－15m；同时由于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度.(2)①目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是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热核反应，但这是不可控制的.②实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温. ③可能实现对热核反应的控制方法：磁约束：利用磁场来约束参与反应的物质.环流器是目前性能最好的一种磁约束装置. 惯性约束：利用强激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们由于惯性还来不及扩散就完成了核反应. 知识梳理 (3)10－15加热即学即用 ABC [轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m ，故必须克服库仑斥力做功，A 正确；要克服核子间作用力做功，必须使反应的原子核有足够大的动能，方法就是将其加热到几百万开尔文的高温，B 正确；热核反应必须在几百万开尔文的高温下进行，这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得，C 正确；在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D 错.] 四、导学探究 夸克是强子的基本组成成分；夸克有6种：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为＋23或－13；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的性质，叫夸克的“禁闭”. 知识梳理 (1)①质子 中子 ②基本粒子 质子 中子 (2)①正电子 μ子 ②强子 轻子 媒介子 (3)夸克即学即用 B [质子11H 带电荷量为223e ＋⎝⎛⎭⎫－13e ＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2⎝⎛⎭⎫－13e ＝0.可见B 正确.] 典例精析例1 D [核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A 错误，D 正确.发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B 错误.重核裂变时，核子数守恒，C 错误.]例2 10n ＋235 92U ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 3.220 210－11J解析 根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程.根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能.铀核裂变方程为10n ＋235 92U ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ，则核反应前后的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝3.57810－28kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 ΔE ＝Δmc 2＝3.57810－28(3108)2 J ＝3.220 210－11J.例3 AC [21H ＋31H →42He ＋10n 是氢核聚变方程，故A 项正确；根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故选项C 正确.]例4 (1)411H →42He ＋20＋1e (2)24.78 MeV (3)4.22109 kg解析 (1)由题意可得核反应方程为411H →42He ＋20＋1e.(2)反应前的质量m 1＝4m H ＝41.007 3 u ＝4.029 2 u ，反应后的质量m 2＝m He ＋2m e ＝4.001 5 u ＋20.000 55 u ＝4.002 6 u ，Δm ＝m 1－m 2＝0.026 6 u ，由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6931.5 MeV ≈24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE ＝Δmc 2得太阳每秒减少的质量 Δm ＝ΔE c 2＝3.8×1026(3×108)2 kg ≈4.22109 kg. 达标检测1.A [X 原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B 错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C 、D 错误.]2.C [铀235裂变时的质量亏损：Δm ＝M ＋m －m 1－m 2－10m ＝M －m 1－m 2－9m ，由质能方程可得E ＝Δmc 2＝(M －9m －m 1－m 2)c 2.]3.B [由核反应过程必须遵守质量数守恒和电荷数守恒知X 是42He.放出热量分别为Q 1和Q 2的两个核反应中质量亏损分别为0.002 1 u 和0.005 3 u ，故Q 2＞Q 1.]4.(1)21H ＋31H →42He ＋10n(2)17.5 MeV 3.5 MeV解析 (1)核反应方程为21H ＋31H →42He ＋10n.(2)此反应过程的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 0 u －4.002 6 u －1.008 665 u ＝0.018 835 u ， ΔE ＝Δmc 2＝0.018 835931.5 MeV ≈17.5 MeV . 平均每个核子释放的核能为17.55MeV ＝3.5 MeV .。
高中物理 第十九章 第七节 重核的裂变学案 新人教版选
第十九章 原子核7 核聚变【学习目标】1．知道轻核的聚变反应。
2．了解受控热换反应，思考科学技术对社会进步的作用 【重点难点】1．轻核的聚变反应的特点。
2．了解太阳内部的热核反应。
【课前预习】 1．核聚变（1）两个________核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做________ （2）轻核聚变后，平均结合能__________，反应中会_________能量。
（3）一个氘核与一个氚核结合生成一个氦核时，释放出17.6MeV 的能量，核反应方程是：2311H H +42He →＋_________2．受控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点：第一_____________；第二____________________；第三__________________。
（2）为了实现可控核聚变，科学家设想了两种方案，即_________约束和__________约束，__________（即托卡马克）是目前性能最好的一种磁约束装置。
（3）太阳现正处在主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、α粒子等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，其主要核反应方程为14124H He →+_________ 【预习检测】1．以下核反应方程中属于轻核的聚变的是（ ） A ．23411120H H He n +→+ B ．3141712781He N O H +→+C ．112101H n H γ+→+ D ．14012142H H e →+ 2．太阳辐射能量主要来自太阳内部的（ ）A ．化学反应B ．放射性衰变C ．裂变反应D ．热核反应3．发生轻核聚变的方法是（ ）A ．用中子轰击B ．保持室温环境增大压强C ．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温D ．用γ射线照射4．下面是一核反应方程：234112H H He X +→+，用c 表示光速，则（ ） A ．X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘2c B ．X 是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘2cC ．X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘2cD ．X 是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘2C参 考 答 案【课前预习】1.（1）轻，聚变 （2）增加，释放 （3）10n2．（1）轻核聚变产能效率高，地球上聚变燃料储量丰富，轻核聚变更为安全、清洁（2）磁，惯性，环流器 （3）014e + 【预习检测】1．A ， 2．D ， 3．C ， 4．D▲堂中互动▲ 【典题探究】【例题1】质子、中子和氘核的质量分别为123m m m 、和，质子和中子结合成氘核时，发出一个γ光子，已知普朗克常量为h ，真空中的光速为c ，则γ光子的频率为_________。
教学设计2：19.7 核聚变
7 核聚变★新课标要求（一）知识与技能1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力（三）情感、态度与价值观1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
★教学重点聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
★课时安排1 课时★教学过程能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。
煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。
近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，核反应有些释放能量，有些吸收能量，人们想利用核能，当然必须选那些释放核能的核反应。
什么样的核反应能释放核能呢？利用天然放射性元素的衰变行吗？例如：U238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV 的能量，但它的半衰期很长，达4.49亿年，衰变非常缓慢，功率太小。
利用人工核转变行吗？例如：但粒子击中原子核的概率太低，只有百万分之一、二。
实在得不偿失！有哪些核反应才真正具有实用价值呢？那么如何获得核能呢？重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。
这节课我们学习轻核的聚变。
轻核聚变：核物理中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。
M n C He Be 6.5101264294++→+M n He n Be 8.431421063++→+三、轻核聚变学生阅读课文，并回答下列问题：（1）是否任意核聚变在一起都释放出能量？为什么？（2）什么叫轻核的聚变？（3）发生轻核聚变的条件是什么？结合裂变知识，引导学生回答问题：不是任意核聚变在一起都能释放能量。
内蒙古巴彦淖尔市第一中学高中物理 19.7 核聚变学案
内蒙古巴彦淖尔市第一中学高中物理 19.7 核聚变学案新人教选修3-5学习目标1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
学习重点聚变核反应的特点。
聚变反应的条件。
自主学习一、核聚变1．定义：两个轻核结合成质量______的核的反应．轻核聚变反应必须在______下进行，因此又叫热核反应．2．核反应举例：21H＋31H―→__________＋10n＋17.6 MeV3．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能__________的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠__________的热就可以使反应进行下去．4．实例分析(1)核武器：______，由普通炸药引爆________，再由________爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．(2)宇宙天体：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____________．二、受控热核反应1．聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变____________：相同质量的核燃料，聚变反应产生的能量较多．(2)地球上聚变燃料的储量______．地球上的河流、湖泊、海洋中的水中含有丰富的____，反应中所用的氚可以用____制取，而____在地球上也有很大的储量．(3)轻核聚变更为安全、清洁．聚变反应产生的____没有放射性，放射性废物主要是泄漏的氚和聚变时产生的高速______、______与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物________、容易处理．2．约束核聚变材料的方法(1)磁约束：带电粒子在均匀磁场中运动时会由于洛伦兹力的作用而不飞散，所以可用磁场约束参加反应的物质，目前性能最好的磁约束装置是________．(2)惯性约束：聚变反应的时间非常短，聚变物质由于自身______还来不及扩散就完成了反应，因此，在______约束下，可以用激光照射的方法使聚变物质“挤”在一起发生反应．典型例题例1、(2009·烟台诊断)两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应21H＋21 H―→31H＋11H，已知：氘核的质量为2.0136 u，氚核的质量为3.0156 u，氢核的质量为1.0073 u,1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.试求：(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少MeV?(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核所具有的动能为多少MeV?[解析](1)由质能方程的简化公式得：ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(2×2.0136－3.0156－1.0073)×931.5 MeV≈4.005 MeV(2)设氚核和氢核的动量分别为p1、p2，动能分别为E k1、E k2.相互作用过程中动量守恒p1＝p2E k1＝m 1v 212＝p 212m 1E k2＝m 2v 222＝p 222m 2由能量守恒得2E k ＋ΔE ＝E k1＋E k2由以上几式并代入数据可解得E k2≈4.5 MeV.答案：(1)4.005 MeV (2)4.5 MeV自我检测1．发生热核反应的办法有( )A ．用中子轰击B ．保持室温环境、增大压强C ．把物体加热到几百万摄氏度以上D ．用γ光子照射2．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3．(2009·郑州质检)钱学森被评为“2007感动中国十大人物”，他参与了我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的研制工作．氢弹爆炸时发生的核反应是( )A.94Be ＋42He ―→12 6C ＋10nB.234 90Th ―→234 91Pa ＋ 0－1eC.235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010nD.21H ＋31H ―→42He ＋10n4．已知氦原子核的质量为m He u ，电子的质量为m e u ，质子的质量为m p u ，中子的质量为m n u ，u 为原子质量单位，且由爱因斯坦的质能方程E ＝mc 2可知：1 u 对应931.5 MeV 的能量，若取光速c ＝3×108 m/s ，则每合成(聚变)一个氦原子核，释放的能量为( )A ．[2×(m p ＋m n )－m He ]×931.5 MeVB ．[2×(m p ＋m n )＋m e ]×931.5 MeVC ．[2×(m p ＋m n ＋m e )]×c 2D ．[2×(m p ＋m n )－m He ]×c 25．有下列反应：①42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n②31H ＋11H ―→42He ＋γ③19 9F ＋11H ―→16 8O ＋42He④235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n ＋γ 关于上面四个核反应方程，下列说法正确的是( )A ．①是原子核的人工转变的反应方程式B ．②是聚变的核反应方程式C ．③是α衰变的反应方程式D ．④是裂变的核反应方程式6．(2009·东营模拟)一个氘核和一个氚核的反应方程是21H ＋31H ―→42He ＋10n ，此反应过程产生的质量亏损为Δm .已知阿伏加德罗常数为N A ，真空中的光速为c .若1 mol 氘和1 mol 氚完全发生反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为( )A.12N A Δmc 2 B ．N A Δmc 2 C ．2N A Δmc 2 D ．5N A Δmc 27．(2009·潍坊质检)设太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核放出2个正电子的热核反应，这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源．已知m p ＝1.007 276 u ，m He ＝4.002 603 u ，m e ＝0.000 548 u.(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应释放出的能量有多少焦？(3)若太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W ，则太阳的质量每秒将减少多少千克？8．试求在氢弹中合成1 kg 的氦时所释放的能量．(氘核21H 的质量为2.0136 u ，氚核31H的质量为3.0166 u ，氦核42He 的质量为4.0026 u ，中子的质量为1.0087 u)参考答案一、1.较大 高温 2.42He 3.产生更多 自身产生4．(1)氢弹 原子弹 原子弹 (2)热核反应堆二、1.(1)产能效率高 (2)丰富 氘 锂 锂 (3)氦 中子 质子 数量少 2.(1)环流器(2)惯性 惯性1．选C 要发生热核反应，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m ，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万摄氏度的高温．2．选B 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A 错误，B 正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C 、D 错误．6．选A 其核反应方程为211H ＋210n ―→42He ，则其反应中的质量亏损为[2(m p ＋m n )－m He ]u ，所以ΔE ＝[2(m p ＋m n )－m He ]×931.5 MeV，A 选项正确．7．选ABD 根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式．故答案为A 、B 、D.8．选B 由爱因斯坦质能方程E ＝mc 2可知，一次核反应释放出的核能为ΔE ＝Δmc 2，则1 mol 氘和1 mol 氚核反应释放的能量为N A Δmc 2.9．解析：(1)核反应方程式为：411H ―→42He ＋201e(2)该核反应中放出的结合能为：ΔE ＝(4m p －m He －2m e )c 2解得ΔE ≈23.7 MeV≈3.79×10－12 J(3)太阳每秒减少的质量为：Δm ＝Pt c2解得：Δm ≈4.2×109 kg答案：(1)411H ―→42He ＋201e (2)3.79×10－12 J(3)4.2×109 kg10．解析：设弹壳内装的是氘和氚，它们在高温下聚变生成氦，核聚变方程为21H ＋31H ―→42He ＋10n.当一个氘核21H 与一个氚核31H 发生反应时放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5 MeV≈17.6 MeV.1 kg 氦(42He)中所含的原子核数目为N ＝nN A ＝10004.0026×6.02×1023个≈1.5×1026个． 可求得合成1 kg 氦时所释放的总能量为E ＝N ΔE ＝1.5×1026×17.6 MeV＝2.64×1027 MeV.答案：2.64×1027 MeV。
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【知识要点】 1．核聚变
（1）轻核结合成质量较大的核叫做________________，如23
41112
H H He
n +?
.
（2）聚变发生的条件：使轻核间的距离接近______________m. （3）在消耗相同核燃料的情况下，聚变比裂变释放更多的能量.
（4）热核反应（聚变）在宇宙中是很普遍的，太阳内部时刻进行着剧烈的热核反应. 2．受控热核反应裂变反应的优点多、难度大、前景好. （1）热核反应释放能量的__________________. （2）热核反应所用的燃料储量非常丰富. （3）热核反应更为安全、清洁.. 【典型例题】
例1．热核反应是一种理想能源的原因是
A ．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多
B ．对环境的放射性污染较裂变小，且较容易处理
C ．热核反应的原料在地球上储量丰富
D ．热核反应的速度容易控制
例2．太阳每秒辐射出来的能量约为×1026
J ，这些能量是 A ．重核的裂变反应中产生的
B ．轻核的聚变反应中产生的
C ．原子核的衰变反应中产生的
D ．热核反应中产生的
例3．两个氘核聚产生一个中子和一个氦核（氦的同位素），已知氘核质量 2.0136D m u =，
氦核质量 3.0150He m u =，中子质量 1.0087n m u =，写出聚变方程并求出释放的核能。
（已知2
1931.5uc MeV =）
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1．氘核（21H ）和氘核（31H ）聚合成氦核（42He ）的核反应方程为：234
1112
H H He
n +?
，
设氘核质量为1m ，氚核质量为2m ，氦核质量为3m ，中子质量为4m ，则反应过程释放的能量为
A ．2
122()m m m c ++
B ．2
124()m m m c +-
C ．2
1234()m m m m c +--
D ．2
3412()m m m m c +--
2．下列说法不正确的是
A ．23
41112
H H He
n +?
是聚变
B ．
235114094192054
3802U n Xe
Sr n +?
+是裂变
C ．
226222498
96
2
Ra Rn He ?
是a 衰变
D ．24
2401112
1
Na Mg e -?
是裂变
3．目前核电站利用的核反应是 A ．裂变，核燃料为铀 B ．聚变，核燃料为铀 C ．裂变，核燃料为氚
D ．聚变，核燃料为氘
4．某核反应方程为23
4112
H H He
X +?
，已知21H 的质量为，31H 质量为，4
2He 的质量
为，X 的质量为，下列说法中正确的是 A ．X 是质子，该反应释放能量 B ．X 是中子，该反应释放能量 C ．X 是质子，该反应吸收能量
D ．X 是中子，该反应吸收能量
5．现有三个核反应：①24
2401112
1
Na Mg e -?
；②2351
141
921
92056
3603U n Ra
Kr +?
+；
③23
41112
0H H He n +?
A ．①是裂变，②是b 衰变，③是聚变
B ．①是聚变，②是裂变，③是b 衰变
C ．①是b 衰变，②是裂变，③是聚变
D ．①是b 衰变，②是聚变，③是裂变
6．一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量H m =，中子质量2 1.0087m u =，
氘核质量 3.0180m u =（1）写出聚变方程；（2）求释放出的核能多大？（3）平均每个核子释放的能量是多大？。