2018版物理教科版新课堂同步选修3-5课件：第3章 6-核聚变 7-粒子物理学简介选学 精品
教科版高中物理选修3-5课件 3 核聚变课件2
3．聚变方程： 21H＋13H―→24He＋10n＋γ .
4．重核裂变与轻核聚变的区别
反应方式 比较项目
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 出的能量大约要大3～4倍
核废料处理难度
针对训练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
答案 D
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．
Δm＝Δc2E＝（33.8××11008）26 2 kg＝4.2×109 kg.
针对训练2 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子 质量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？
答案 (1)11H＋210n―→31H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV
解析 (1)聚变方程11H＋210n―→31H. (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.
2017-2018学年高中物理(教科版选修3-5)同步课件：第3章 1.原子核的组成与核力
1．原子核的组成 原子核是由质子、中子构成的，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不相同．
2．原子核的符号和数量关系 (1)符号：A Z X. (2)基本关系：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 (1)质子数相同，化学性质相同． (2)中子数不同，质量数不同．
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＝88×1.6×10
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总是与中子数相等．(×) 3．对质子数较多的原子核，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 什么能挤在一起而不飞散？
－19
C≈1.41×10
－17
C.
(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 v2 mv r226 226 113 ＝m r ， r＝ qB .两种同位素具有相同的核电荷数， 但质量数不同， 故r ＝228＝114. 228
核 力
[先填空] 1．核力 原子核内 核子之间的相互作用力．
2．核力的特征 (1)核力是强力，在原子核内，核力比
2018版物理新课堂同步选修3-1课件：第3章 6 带电粒子在匀强磁场中的运动 精品
学
业
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
分 层
测
评
知 识 点 二
学习目标 1.了解带电粒子在匀强磁场中的运动规 律．(重点) 2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆 周运动的半径公式和周期公式及应 用．(重点、难点) 3.了解质谱仪和回旋加速器的工作原 理.(难点)
知识脉络
带电粒子在匀强两个 D 形盒之间的狭缝区域存在周期 性变化的且垂直于两个 D 形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域 时被加速．根据动能定理：qU＝ΔEk.
3．交变电压的作用：为保证粒子每次经过狭缝时都被加速，使之能量 不断提高，需在狭缝两侧加上跟带电粒子在 D 形盒中运动周期相同的交变 电压．
带电粒子从距离 ab 为R2处射入磁场，且射出时与射入时速度方向的夹角 为 60°，粒子运动轨迹如图，ce 为射入速度所在直线，d 为射出点，射出速 度反向延长交 ce 于 f 点，磁场区域圆心为 O，带电粒子所做圆周运动圆心为 O′，则 O、f、O′在一条直线上，由几何关系得带电粒子所做圆周运动的轨迹 半径为 R，由 F 洛＝Fn 得 qvB＝mRv2，解得 v＝qBmR，选项 B 正确．
【解析】 由左手定则可判断电子运动轨迹向下弯曲．又由 r＝mqBv知， B 减小，r 越来越大，故电子的径迹是 a.故选 B.
【答案】 B
2．如图 3-6-7 所示，半径为 R 的圆是一圆柱形匀强磁场
区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面
向外．一电荷量为 q(q>0)、质量为 m 的粒子沿平行于直径 ab
[先填空] 1．洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中运动
实验操作
轨迹特点
不加磁场时
电子束的径迹是_直__线___
2018版物理教科版新课堂同步选修3-5文档：第3章 章末分层突破 含解析 精品
章末分层突破[自我校对]①电离②穿透③有半数④核子⑤氮核⑥铍核⑦质量数⑧电荷数⑨mc21.2．常见的核反应方程及相关内容(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．(4)四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有42 He或0－1e；人工转变的箭头左侧都含有一个用来轰击的小粒子，多为质子、中子、α粒子或β粒子，且被轰击核多为中等质量核；重核裂变的箭头左侧多为铀235，且有中子；聚变方程的箭头左侧的原子序数都很小多为前4号元素．(多选)下列说法正确的是()A.21H＋31H→42He＋10n是聚变B.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是裂变C.22698Ra→22296Rn＋42He是α衰变D.2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变【解析】聚变是两个轻核结合成质量较大的核，A正确；裂变反应指的是质量较大的核分解成几块中等质量的核，B正确，D错误；放射性元素自发的放射出α粒子的现象是α衰变，C正确．【答案】ABC事实上，在核反应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化．我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能．从而，核反应即可分为质量亏损、释放核能和质量增加、吸收核能两大类型．其中，又以研究发生质量亏损、释放核能的一类核反应为学习的重点．欲解决核反应中有关“守恒规律”与“核能的计算”问题，可利用以下几条“依据”：1．五个守恒(1)质量数守恒．(2)质子数(电荷数)守恒．(3)质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)．(4)能量守恒．(5)动量守恒．2．两个方程(1)质能方程：E ＝mc 2，m 指物体的质量． (2)核能：ΔE ＝Δmc 2. 3．一个半衰期(T ) (1)剩余核数：N ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT.(2)剩余质量：m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT.如图3-1所示，有界匀强磁场磁感应强度为B ＝0.05 T ，磁场方向垂直于纸面向里，MN 是磁场的左边界，在磁场中A 处放一个放射源，内装226 88Ra(镭)，226 88Ra放出某种放射线后衰变成222 86Rn(氡)．试写出22688Ra 衰变的方程．若A 距磁场的左边界MN 的距离OA ＝1.0 m 时，放在MN 左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN 方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA 的直线1.0 m ，则此时可以推断出一静止镭核226 88Ra 衰变时放出的能量是多少？(保留两位有效数字，取1 u ＝1.6×10－27 kg ，电子电量e ＝1.6×10－19C)图3-1【解析】226 88Ra →222 86Rn ＋42He.镭衰变放出α粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动，α粒子垂直于MN 边界射出被接收器接收，α粒子在磁场中的轨迹为1/4圆周，得圆半径为R ＝1.0 mα粒子的动量m αv ＝qBR ＝1.6×10－20 kg·m/s α粒子的动能为E 1＝12m αv 2＝p 22m α＝2.0×10－14 J衰变过程中动量守恒，有m αv ＝M Rn v 1 氡核反冲的动能为E 2＝12M Rn v 21＝m αE 1M Rn衰变过程释放出的能量为E 1＋E 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋m αM Rn E 1≈2.04×10－14 J.【答案】226 88Ra →222 86Rn ＋42He2.04×10－14 J如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能.在这种情况下计算核能的主要依据是：(1)核反应过程中只有内力作用，故动量守恒.(2)反应前后总能量守恒.常见的反应类型：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能.1.在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是______，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.146C→147N＋0-1eB.3215P→3216S＋0-1eC.23892U→23490Th＋42HeD.147N＋42He→178O＋11HE.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10n【解析】α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．【答案】C AB E F2．(多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋27Al→2814Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确．核13反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法C错误．根据动量守恒定律有m p v p＝m Si v Si，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法D正确．【答案】ABD3．(多选)如图3-2所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则()图3-2A．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子B．a为α粒子的径迹C．b为α粒子的径迹D．c为β粒子的径迹【解析】衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R＝m v/qB知半径与电荷量成反比，可知答案为A、C、D项．【答案】ACD4．贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是()【导学号：22482109】A.146C→147N＋0－1eB.23592U＋10n→13953I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10n【解析】放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象．A选项为β衰变方程，B 选项为重核裂变方程，C 选项为轻核聚变方程，D 选项为原子核的人工转变方程，故选A.【答案】 A5．一个电子(质量为m ，电荷量为－e )和一个正电子(质量为m ，电荷量为e )，以相等的初动能E k 相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν；若这两个光子的能量都是hν，动量分别为p 和p ′，则hν＝________；p ________－p ′(选填“＞”“＜”或“＝”).【导学号：22482056】【解析】 能量守恒和动量守恒为普适定律，故以相等动能相向运动发生碰撞而湮灭的正负电子总能量为：2E k ＋2mc 2，化为两个光子后，总动量守恒且为零，故p ＝－p ′，且2E k ＋2mc 2＝2hν，即hν＝E k ＋mc 2.【答案】 mc 2＋E k ＝6．铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg 铀238，求： (1)经过45亿年后还剩下多少铀238；假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅；(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄． 【解析】 (1)45亿年即4.5×109年，由m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 知剩余的铀238质量为m＝2×⎝ ⎛⎭⎪⎫12tTkg ＝1 kg ；在此45亿年中将有1 kg 铀238发生衰变并获得了铅206，故有m ′＝206238(m 0－m )．则m ′＝206238 kg ＝0.866 kg ，即矿石中含有铅0.866 kg.(2)设此矿石原来的质量为m 0，年龄为t ，则现在剩余的铀238为m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT，那么在时间t 内发生了衰变的铀238为m 0－m ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T m 0，设铅206的质量为m x ，则238m 0－m ＝206m x，即m x ＝206238⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T m 0，所以现在矿石中的铀、铅含量之比为mm x ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 206238⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12 t T ＝119309，解得t ＝2T ＝90亿年． 【答案】 (1)1 kg 0.866 kg (2)90亿年。
优秀课件人教版高中物理选修3-5核聚变 (共16张PPT)
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米 的水，大约有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂 储量有2000 亿吨。 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,轻核聚变是能源危机的终结 者。
（3）轻核聚变更安全、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。
（4）反应中放射物质的处理较容易
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，比裂变所生成的废物的数量少，容 易处理。
2. 现在的技术还不能控制热核反应，问题有
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点： （1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出 的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
2 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
3 1 4 2 1 0
H H He n
计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
201 是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。 235 + 1
2、发生聚变的条件:
教科版高中物理选修3-5：《核聚变》课件2-新版
解析：选 B.由质量数和电荷数守恒可判断产生的 新核是42He，其核反应方程式为21H＋31H―→10n＋42 He；由聚变反应中出现质量亏损可知，该反应放 出能量，B 选项正确．
聚变反应中核能的计算
例2 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已 知质子质量mH＝1.0073 u，中子质量mn＝1.0087 u， 氚核质量m＝3.018 u. (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能有多大？ (3)平均每个核子释放的能量有多大？
【精讲精析】 由质量数守恒及核电荷数守 恒定律可得 X 为10n(中子)，再根据质能方程可 得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与 c2 的乘积，故 D 项正确． 【答案】 D
变式训练 1 一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚 变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏
损．该聚变过程中( ) A．吸收能量，生成的新核是42He B．放出能量，生成的新核是42He C．吸收能量，生成的新核是32He D．放出能量，生成的新核是32He
中只占0.7%
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 放出的能量约和燃
烧300 L汽油相当
可控性
速度比较容易进行人工 控制，现在的核电站还 目前，除氢弹以外， 都是用裂变反应释放核 人们还不能控制它
能
特 别 提 醒 ： (1) 发 生 聚 变 反 应 的 主 线 ： 轻 核 距 离 近——需要克服库仑斥力——需要足够的动能— —需要给核加热．
在相互碰撞中接近到可发生聚变反应的距离而 发生核反应． (2)氢弹是利用原子弹爆炸产生的超高温而引起 轻核的聚变，从而释放出更为巨大的能量，因 此氢弹的威力更大．
二、可控核聚变反应研究的进展
高中物理课件：核聚变
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
2 3 1 2 3 常见的聚变反应：1 H＋ 2 1H―→ 1H＋1H＋ 4 MeV， 1H ＋ 1
教 学 方 案 设 计
1 H―→4 He ＋ 2 0n＋ 17.6 MeV.在这两个反应中，前一反应的材料
当 堂 双 基 达 标
iii.恒星归宿：恒星最后的归宿有三种，它们是 白矮星 、
课 前 自 主 导 学
中子星 、
黑洞 ．
课 时 作 业
菜
单
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
2．思考判断
教 学 方 案 设 计
(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． (√ )
1.基本知识
教 学 方 案 设 计
(1)定义 两个轻核结合成 质量较大 的原子核的反应． (2)条件
－15m 10 ①轻核的距离要达到
当 堂 双 基 达 标
以内．
课 前 自 主 导 学
②聚变可以通过高温来实现，因此又叫
热核反应
．
课 时 作 业
菜
单
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
(3)核反应举例 ①热核反应主要应用在核武器上，如 氢弹 ．
②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个
教 学 方 案 设 计
巨大的
热核反应堆
．
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
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”．
2017-2018学年教科版选修3-5 3.6-3.7 核聚变 粒子物理学简介 课件(28张)
重核分裂成中等核，而聚变则是轻核来自合成为次轻核，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
答案
D
预习导学
课堂互动
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.
预习导学
课堂互动
三、粒子 1．“基本粒子”不基本 “基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、 电子、质
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”去掉，统称 粒子 ．
2 3 4 1 H ＋ H ―→ He ＋ 1 1 2 0n＋γ.
预习导学 课堂互动
4．重核裂变与轻核聚变的区别 反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变
重核分裂成两个或 两个轻核结合成 放能原理 多个中等质量的原 质量较大的原子 子核，放出核能 放能多少 核废料 处理难度 核，放出核能
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 聚变反应的核废料处理要比裂变反应 容易得多
2．粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子
创新设计高中物理教科版选修3-5课堂学案配套课件3-6.7
三、粒子 1．“基本粒子”不基本
“基本粒子”：直到19世纪末,人们认为光子、 电子、质 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”去掉,统称 粒子． 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．
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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”．
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．氢弹原理：首先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爆炸．
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二、可控热核反应与恒星演化中的核反应 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．太阳等恒星内部进行的核反应是 轻核聚变 反应．
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第一章 碰撞与动量守恒 2 动量 4 动量守恒定律的应用 1 电子 3 光谱 氢原子光谱 第三章 原子核 2 放射性 衰变 4 原子核的结合能 6 核聚变 第四章 波粒二象性 2 光电效应与光量子假说 4 实物粒子的波粒二象性
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4 动量守恒定律的应用
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第二章 原子结构
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第一章 碰撞与动量守恒
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1 碰撞
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2 恒定律
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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．
原料的
非常丰富.1 L 海水中大约有 0.03 g
有限，尤其用于核裂变的铀
蕴藏量
氘，如果用来进行热核反应，放出
235 在铀矿石中只占 0.7%
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， 目前，除氢弹以外，人们还不能控
可控性 现在的核电站都是用核裂变 制它
反应释放核能
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
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】 ABD
3．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)．
【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．
4．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＋84
Be→162C .
[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．(√)
【解析】 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由 ΔE＝Δmc2， 可以求得 Δm＝ΔcE2 ≈3×10－29 kg.
【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10－29
1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＝Δmc2 进行计算.
图 3-6-1
A．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
【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；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．
[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．
【答案】 ABC
2．(多选)如图 3-6-1 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( )
[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．
【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－3e，说明电子电荷 不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确．
【答案】 D
5．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.
【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；在太阳内部或其他恒星 内部都进行着热核反应，D 错误．
[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―→42 He＋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．
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
K 介子与 π μ子
介子
超子
质量与相对应的粒子
质量介于
比质子的
基本特点 相同而电荷及其他一
电 子 与 核 其质量比质子大
质量小
些物理性质相反
子之间
2.粒子的分类
分类 参与的相互作用
发现的粒子
【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＝8.2×10－14 J．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．
知 识 点 一
6.核聚变
学 业
分
7．粒子物理学简介(选学)层 测 Nhomakorabea评
知 识 点 二
学习目标 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
核聚变
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．
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．
5．重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变
轻核聚变
放能原 重核分裂成两个或多个中等 两个轻核结合成质量较大的原子
理
质量的原子核，放出核能
核，放出核能
放能多 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
少
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
主要原料是氘，氘在地球上的储量
核裂变燃料铀在地球上储量
(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．