196-8《重核的裂变核聚变粒子和宇宙》导学案.docx
19.7核聚变-19.8粒子和宇宙 学案
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倍燃 Nhomakorabea储量情况
聚变燃料储量丰富
核废料处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多
二、对粒子和宇宙的理解
(1)“基本粒子”不基本
(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？(已知质
子质量为mH＝1.0073u，氦核质量为mHe＝4.0015u，正电子质量为me＝0.00055u)
[随堂练习]
1．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 H＋ C→ N＋Q1， H＋ N→ C＋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：
学案
19.7核聚变19.8粒子和宇宙
[学习目标]
1.掌握核聚变的定义及发生条件.
2.会判断和书写核聚变方程，能计算核反应释放的能量．
[重点难点]
1.掌握核聚变的定义及发生条件.
2.会判断和书写核聚变方程，能计算核反应释放的能量．
[教学过程]
一、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．
原子核
H
He
He
C
N
N
质量/u
1.0078
3.0160
4.0026
12.0000
13.0057
案50、9.79.8核聚变粒子和宇宙导学案 教师版A 胡卫雄
质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成白矮星，即体积很小，倍太阳质量的恒星，会演变成中子星；更大质量的恒星，会演变成“氢弹的威力相比原子弹的威力谁大？为什么？氢弹的威力大．氢弹内部发生的是核聚变，比核裂变放出的能量更多．一、轻核的聚变及核能的计算一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H ＝1.007 3 u ，中子质量释放出的核能多大？平均每个核子释放的能量是多大？书写核反应方程应注意哪些问题？ ．如何求核聚变过程中释放的核能？ →31H.2m n －m ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u ＝0.006 7 u ＝0.006 7×931.5 MeV ≈6.24 MeV. 平均每个核子放出的能量为6.24MeV ＝2.08 MeV.粒子轰击氮原子核发现质项符合要求． 实验发现，许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子．例如，电子和正电子，质子和反质子等．由反粒子构成的物质叫反物质．最显著的特点是当它们与相应的正粒子(物质)相遇时，会发生“湮灭”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．、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量为元电荷的－13或＋23.2e e2.恒星的演化密度很低的星际物质逐渐形成星云，大块的星云由于引力作用而收缩逐渐凝成原恒星．原恒星继续收缩，温度不断升高，发生热核反应，当热核反应产生的斥力和引力作用达到平衡时，恒星不再收缩，进入相对稳定阶段．当核能源供应不足时，恒星的稳定状态遭到破坏，引力作用又开始大于斥力，星体又开始收缩，温度升高，发光能力增强，光度增加，外部膨胀，表面积增大，但表面温度并不高，看上去呈红色，这时恒星便演化为红巨星．当恒星核能耗尽时，就进入末期．恒星的末期形态主要有三种：白矮星，中子星或黑洞．问题1、太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和14m c24m p×. 将题给数据代入，并以年为单位可得，百亿年．。
2024年高中物理第十九章原子核第6节_第8节粒子和宇宙核裂变核聚变学案新人教版选修3_5
第6节 核裂变第7节 核聚变第8节 粒子和宇宙1.知道重核的裂变产物和链式反应发生的条件．2.知道核聚变，了解受控聚变反应．3.会推断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．4.知道粒子的分类及其应用，了解夸克模型．5.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化．一、核裂变1．核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，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23592U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ． 3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断接着下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量．二、核电站1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒．(2)慢化剂：铀235简单捕获慢中子发生反应，采纳石墨、重水或一般水作慢化剂．(3)限制棒：为了限制能量释放的速度，就要想方法调整中子的数目，采纳在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉汲取中子的特性，就可以简单地限制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度上升．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流淌，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面须要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，须要装入特制的容器，深埋地下．三、核聚变与受控热核反应1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H ＋31H →42He ＋10n ＋17.6 MeV(3)条件①轻核的距离要达到10－15 m 以内．②须要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是氢弹，须要用原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．(5)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．2．受控热核反应(1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．其次：地球上聚变燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为平安、清洁，限制温度，可限制反应，而且生成的废物数量少、易处理．(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)限制方法①磁约束：利用磁场约束参与反应的物质，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耀反应物，使它们“挤”在一起发生反应．四、粒子和宇宙1．“基本粒子”不基本(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．(2)随着科学的发展，科学家们发觉了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发觉质子、中子等本身也有困难结构．2．发觉新粒子(1)新粒子：1932年发觉了正电子，1937年发觉了μ子，1947年发觉了K 介子和π介子及以后的超子等．(2)粒子的分类：依据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：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，带电量为＋23e 或－13e . 4．宇宙的演化宇宙大爆炸――→约10－44s 后温度为1032K ，产生了夸克、轻子、胶子等粒子――→约10－6s 后温度下降到1013K 左右，强子时代→温度下降到1011K 时，轻子时代→温度下降到109K 时，核合成时代――→一万年后温度下降到104K ，混合电离态→温度下降到3 000 K 时，中性的氢原子――→接着冷却恒星和星系．5．恒星的演化：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞．判一判(1)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．( )(2)中子的速度越快，越简单发生铀核裂变．( )(3)核聚变时汲取能量．( )(4)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．( )(5)夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单元．( )(6)恒星在辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡阶段停留时间最长．( )提示：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√做一做(多选)如图是慢中子反应堆的示意图，对于核反应堆，下列说法中正确的是( )A．铀235简单汲取快中子发生裂变反应B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量削减，变成慢中子，慢中子简单被铀235俘获而引起裂变反应C．限制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使限制棒插入深一些，让它多汲取一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．若要使裂变反应更激烈一些，应使限制棒插入深一些，使大量快中子碰撞限制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些提示：选BC．依据铀235的特点，它更简单汲取慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是削减快中子能量从而更易让铀235汲取引起裂变反应，B正确；链式反应的猛烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉限制棒可以汲取中子，因而可以限制核反应的快慢，即插入的深，汲取的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误．核裂变与核能的计算1．常见的裂变方程(1)235 92U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n(2)235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够遇到铀核．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．3．裂变反应的能量：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假如按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．命题视角1 对重核裂变的理解关于重核的裂变，以下说法正确的是( )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，肯定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要削减D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能[解析] 依据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时汲取的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必需大于其临界体积．假如体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生．在裂变反应中核子数是不会削减的，如235 92U 裂变为9038Sr和136 54Xe的核反应，其核反应方程为235 92U＋10n―→9038Sr＋136 54Xe＋1010n，其中各粒子质量分别为m U＝235.043 9 u，m n＝1.008 67 u，m Sr＝89.907 7 u，m Xe＝135.907 2 u，质量亏损为Δm＝(m U＋m n)－(m Sr＋m Xe＋10m n)＝0.150 97 u.可见铀核裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会削减的，因此选项A、B、C均错．[答案] D命题视角2 裂变中核能的计算现有的核电站比较广泛采纳的核反应之一是235 92U＋10n→143 60Nd＋A Z Zr＋310n＋80－1e＋ν.(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀(U)核质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u；又知1 u＝1.660 6×10－27 kg，试计算1 kg铀235大约能产生的能量是多少？[思路点拨] 关键是计算裂变前后的质量亏损．[解析] (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90；核反应方程中应用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235的铀核数为n ＝1 000235×6.02×1023≈2.56×1024个．不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Nd －m Zr －3m n ＝0.212 u ．因此1 kg 铀235完全裂变产生的能量约为E ＝n ·Δm ×931.5 MeV ＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV ≈5.06×1026 MeV.[答案] (1)40 90 (2)5.06×1026 MeV【通关练习】1．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简单发生，最好干脆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块的质量无关解析：选C ．要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必需大于临界体积，但铀块的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能干脆引发新的裂变．假如铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A 、B 、D 错误，C 正确．2．2011年3月11日，日本发生了9.0级地震后爆发海啸，导致福岛核电站核泄露，核平安问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆运用一般水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被235 92U 俘获，发生可限制核裂变的链式反应．(1)若铀核235 92U 俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了139 54Xe 和9438Sr ，试写出核裂变方程；(2)若快中子的减速过程可视为快中子与一般水中的11H 核发生对心正碰后减速，碰撞过程可简化为弹性碰撞．假定碰撞前11H 核静止，快中子速度为v 0＝3.2×107 m/s.求碰撞后中子的速度．(已知中子质量m n 为氢核质量m H 的1.16倍)解析：(1)235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9438Sr ＋310n.(2)快中子与11H 核发生弹性对心正碰，由动量守恒定律得m n v 0＋0＝m n v n ＋m H v H ，由机械能守恒定律得：12m n v 20＋0＝12m n v 2n ＋12m H v 2H ，代入数据解得：v n ≈2.4×106 m/s. 答案：(1)235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9438Sr ＋310n(2)2.4×106 m/s核聚变和核能的计算1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必需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．聚变方程21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV. 4．重核裂变与轻核聚变的区分 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倍命题视角1 对核聚变的理解(多选)下列说法正确的是( )A ．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B ．要使核发生聚变反应，必需使核之间的距离接近到1×10－15 m ，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C ．要使核发生聚变反应，必需克服核力做功D ．热核反应只有在人工限制下才能发生[解析] 由质能方程可知，选项A 正确；轻核结合成质量较大的核，必需使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围，才能使它们紧密地结合起来，选项B 正确，C 错误；热核反应必需在很高的温度下才能发生，不肯定要人工限制，选项D 错误．[答案] AB命题视角2 聚变中核能的计算(2024·高考全国卷乙)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H ＋21H →32He ＋10n.已知21H 的质量为2.013 6 u, 32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u ，1 u ＝931 MeV/c 2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A ．3.7 MeVB ．3.3 MeVC ．2.7 MeVD ．0.93 MeV [解析] 氘核聚变反应的质量亏损为Δm ＝2×2.013 6 u －(3.015 0 u ＋1.008 7 u)＝0.003 5 u ，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931 MeV/c 2×c 2≈3.3 MeV ，选项B 正确．[答案] B(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 ＝Δmc 2进行计算．【通关练习】1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A ．一次聚变反应肯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肯定大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，故反应后质量增加解析：选B ．在一次聚变反应中释放的能量不肯定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量肯定大，故A 错误，B 正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能肯定增加，质量发生亏损，故C 、D 错误．2．两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 ＝2.013 6 u ，氦核质量m He ＝3.015 0 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u.(1)写出聚变方程并算出释放的核能；(已知质量亏损1 u 释放的核能为931.5 MeV)(2)若反应前两氘核的动能均为E kD ＝0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？解析：(1)核反应方程为21H ＋21H →10n ＋32He.该反应质量亏损Δm ＝2m D －m He －m n ＝0.003 5 u.由质能方程得释放核能ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV ≈3.26 MeV.(2)将两个氘核作为一个系统，由动量守恒有0＝m He v He －m n v n ，由于m He m n ＝31，则v He ＝13v n . 又由能量守恒有12m He v 2He ＋12m n v 2n ＝ΔE ＋2E kD 代入数据可得E kHe ＝0.99 MeV ，E kn ＝2.97 MeV.答案：(1)21H ＋21H →32He ＋10n 3.26 MeV(2)0.99 MeV 2.97 MeV粒子的分类及夸克模型1．粒子与反粒子：随着科学技术的发展，人们发觉了更多的粒子，一方面“基本粒子”不基本，另一方面发觉了反粒子．粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发觉的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这类粒子叫做反粒子，例如正电子带正电荷，反质子带负电荷．2．夸克模型(1)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)．(2)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－13或＋23.例如上夸克带的电荷量为＋2e 3，下夸克带的电荷量为－e 3. (3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．(多选)已知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；它们的带电荷量如下表所示(表中e 为元电荷)：π＋ π－ u d u d 带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e 下列说法正确的是( )A ．π＋由u 和d 组成B ．π＋由d 和u 组成 C ．π－由u 和d 组成 D ．π－由d 和u 组成 [解析] 依据核反应中电荷数、质量数守恒可求得，π＋电荷量为＋e ，u 电荷量为＋23e ，d 电荷量为＋13e ，则u 和d 的总电荷量为⎝ ⎛⎭⎪⎫＋23e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫＋13e ＝＋e ，故选项A 正确，选项B 错误；π－电荷量为－e ，d 电荷量为－13e ，u 电荷量为－23e ，则d 和u 的总电荷量为⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－23e ＝－e ，故选项D 正确，选项C 错误． [答案] AD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行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解析：选D ．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；夸克模型是探讨强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e 3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确．故正确答案为D ．[随堂检测]1．依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．质子和中子等粒子C．光子、中微子和电子等粒子D．氦核、氚核、氦3等轻核解析：选A．宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经验了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最终形成恒星和星系，B、C、D的产生都在A之后，因此A正确．2．以下说法正确的是( )A．聚变是裂变的逆反应B．假如裂变释放能量，则聚变反应必定汲取能量C．聚变需将反应物加热至数百万度以上的高温，明显是汲取能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量解析：选D．A选项，从形式上看，裂变与聚变好像是互为逆反应，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，无干脆关联，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，必需使参与反应的轻核充分接近，须要数百万度的高温供应能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所汲取的能量；因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故D正确．3．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235 92U＋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，依据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削减解析：选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．4．(多选)(2024·鞍山一中高二检测)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．轻核聚变须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 ．自然界中不存在自然的热核反应解析：选ABC ．轻核聚变时，必需使轻核之间距离达到10－15m ，所以必需克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必需有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，试验证明，原子核必需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．5．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 、4.0026 u 和1.0087 u ；1 u ＝931.5c 2 MeV ，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)．解析：依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.答案：10n(或中子) 17.6[课时作业]一、单项选择题1．科学家发觉在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、平安的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为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 ．目前核电站都采纳32He 聚变反应发电解析：选B ．聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采纳铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在试验阶段．2．(2024·汕头高二检测)235 92U 汲取一个慢中子后分裂成9236Kr 和141 56Ba ，还放出( )A ．1个α粒子B ．3个中子C ．10个中子D ．10个质子 解析：选B ．依据质量数守恒、电荷数守恒可得还放出3个中子，B 项正确．3．(2024·南昌高二检测)中国承诺到2024年碳排放量下降40%～45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目．目前关于该电站获得核能的基本核反应方程可能是( )A ．235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n B ．2411Na ―→2412Mg ＋0－1e C ．147N ＋42He ―→178O ＋11H D ．23892U ―→23490Th ＋42He解析：选A ．重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A 是裂变反应，A 正确；B 为β衰变，C 是发觉质子的反应，D 是α衰变．4．(2024·重庆南开中学高二检测)1个铀235汲取1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( )A ．N A ×196 MeVB ．235N A ×196 MeVC ．235×196 MeVD ．N A235×196 MeV解析：选D ．由于1 mol 的铀核质量为235 g ，1 g 铀235的物质的量为1235 mol ，因此1 g 铀235释放的核能E ＝N A235×196 MeV ，选项D 正确．5．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．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 解析：选B ．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．6．正电子是电子的反粒子，它跟一般电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学探讨机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探究反物质的一大进步．你推想反氢原子的结构是( )A ．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B ．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C ．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D ．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：选B ．反氢原子的结构应当是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成．二、多项选择题7．下列说法中正确的是( )A ．目前还未发觉媒介子、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 ．反粒子与其对应的正粒子相遇时，会发生湮灭现象D ．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发觉的强子解析：选ACD ．媒介子、轻子和夸克在现代试验中还没有发觉其内部结构，故A 正确；自然界三大守恒定律是普遍适用的基本规律，选项B 错误；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；质子是最早发觉的强子，故D 正确．8．我国科技工作者分别在1964年、1967年胜利爆炸了我国第一颗原子弹和氢弹．下列核反应方程中可表示两弹的爆炸原理的是( )A ．147N ＋42He ―→178O ＋11H B ．23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13954Xe ＋710n C ．23892U ―→23490Th ＋42He D ．21H ＋31H ―→42He ＋10n解析：选BD ．原子弹是利用核裂变反应，而氢弹是利用核聚变反应，故B 项对应原子弹的爆炸原理，D 项对应氢弹的爆炸原理；A 项为人工核转变，C 项为核衰变反应，不符合要求，故本题应选B 、D ．9．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试验装置(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 ＋310n C ．“人造太阳”释放的能量大小的计算式是ΔE ＝Δmc 2D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是E ＝12mc 2解析：选AC ．释放的能量大小用爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算，有的考生不能区分裂变和聚变，得出错误的答案B ．10．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的很多核反应中的一种，X 是某种粒子，a 是X 粒子的个数，用m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 核的质量，m X 表示X 粒子的质量，c 为真空中的光速，以下说法正确的是( )A ．X 为中子，a ＝2B ．X 为中子，a ＝3C．上述核反应中放出的核能ΔE＝(m U－m Ba－m Kr－2m X)c2D．上述核反应中放出的核能ΔE＝(m U－m Ba－m Kr－3m X)c2解析：选BC．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋a X中X为10n，a＝3，则A错，B对；由ΔE＝Δmc2可得：ΔE＝(m U＋m X－m Ba－m Kr－3m X)c2＝(m U－m Ba －m Kr－2m X)c2，则C对，D错．三、非选择题11．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 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：依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．依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＝3.578×10－28kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.答案：10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J12．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源．(m p＝1.007 3 u，m He＝4.002 6 u，m e＝0.000 55 u)(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3.8×1026 J，则太阳每秒削减的质量为多少？解析：(1)核反应方程是411H→42He＋02X，而02X只能是2个正电子，因此核反应方程应是411H→42He＋201e.(2)反应前的总质量为m1＝4m p＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u.反应后的总质量为m2＝m He＋2m e＝4.002 6 u＋2×0.000 55 u＝4.003 7 u质量亏损为Δm＝m1－m2＝0.025 5 u.依据爱因斯坦质能方程得释放的能量为ΔE＝0.025 5×931.5 MeV≈23.75 MeV.。
《粒子和宇宙》导学案3.doc
《粒子和宇宙》导学案1．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一定大C．聚变反应中粒子的比结合能小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加解析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 选项错误， B 正确；由于聚变反应中释放巨大的能量则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、 D 选项错误．答案 B2．关于核能的利用，下列说法正确的是()A．现在的核电站既有裂变反应堆，也有聚变反应堆B．在地球上，人类还无法实现聚变反应C．当人类实现了“受控核聚变”稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能解析现在的核电站均为重核裂变反应堆，而聚变反应现在还不能实现大规模的受控热核反应，由于地球上储备了大量的聚变材料，一旦实现了受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故 C选项正确．答案 C3．重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两种主要方法，下面关于它们的说法正确的是()A．裂变和聚变都有质量亏损B．裂变过程有质量亏损，聚变过程有质量增加C．裂变过程有质量增加，聚变过程有质量亏损D．裂变和聚变过程质量都有所增加答案 A34．科学家发现在月球上含有丰富的2He(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 3 3 1 4 32 2 1 2 2He＋ He ―→2 H ＋He.关于 He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聚变反应发电解析聚变反应发生了质量亏损，释放出巨大的能量，产生了新的原子核，故 A 、 C 选项错误，B选项正确；目前核电站采用的是裂变反应，而不是聚变反应，故 D 选项错误．答案 B5．关于粒子下列说法正确的是()A．电子、质子、中子是组成物质的不可再分的最基本粒子B．强子都是带电的粒子C．夸克模型是探索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，不同夸克构成不同的强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、 B选项错误；夸克模型是研究强子结2 e构的理论，不同夸克带电不同，分别为±e和±，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故3 3C错误， D 正确．答案 D6． (多选题 )下列说法正确的是 ( )15 1 12 4A. 7N＋1H ―→ 6C＋ 2He是α衰变方程B.11H ＋21H―→32He ＋γ是核聚变反应方程C.23892U―→23490Th＋42He是核裂变反应方程4 27 30 1D.2He＋13Al ―→15P＋0n是原子核的人工转变方程解析 A 、D 反应是原子核的人工转变， B 反应是为聚变反应，C为原子核的衰变，故B、 D 选项正确．答案BD2 3 4 1MeV ，若有 2 g氘和 3 g 7．氘和氚发生聚变反应的方程式是1 H＋ 1H→ 2 He＋ 0 n＋17.6氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A ． N A× 17.6 MeV B． 5N A× 17.6 MeVC． 2N A× 17.6 MeV D．3N A× 17.6 MeV答案 A8． (多选题 )关于聚变反应下列说法中正确的是()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．太阳和许多恒星内部都在进行激烈的热核反应答案ABCD9． (多选题 )如图是描述原子核核子的平均质量m与原子序数 Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()A ．将原子核 A分解为原子核 B、 C可能吸收能量B．将原子核 D 、E结合成原子核 F可能吸收能量C．将原子核 A分解为原子核 B、 C一定释放能量D．将原子核 D、 E结合成原子核 F 一定释放能量－－－0 －－0 9．K 介子衰变的方程为：K → π＋π，其中 K 介子和π介子带负的基元电荷，π介子不带电．一个 K －介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产－R－生的π介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在 P点相切如图所示，它们的半径－K 与 Rπ之比为0 －0)π介子的轨迹未画出．由此可知π的动量大小与π的动量大小之比为 (A．1:1 B． 1:2C． 1:3 D．1： 6解析由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：mv p轨道半径 R＝Bq＝Bq∝p，p K－R K－ 2所以pπ－＝Rπ－＝11即 pπ－＝2p K－ .又由动量守恒定律p K－＝pπ0－ pπ－.3得 pπ0＝ p K－＋ pπ＝2p K－pπ－ 1所以p＝3.π0答案 C2 110．中子内有一个电荷量为＋3e的上夸克和两个电荷量为－3e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如右图所示．下图所示的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()ABCD解析考查的是库仑力的大小、方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个力的作用．电荷量为＋ e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个下夸克，受力如图所示，其中F2＝ F1，由力的合成可知 F 1与 F 2的合力竖直向上，B项正确．答案 B11． (多选题 )质子—质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子1H) 发生聚变，生成一个氘核2 2H) 再(1 (1 H) ，生成的氘核 (11 3 3 4 与一个质子 (1H) 聚变生成一个氦核(2He) ，接下来两个氦核(2He)发生聚变，生成氦的同位素 (2He)同时再产生两个质子(11H)，这两个质子 (11H) 再度发生聚变进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉．对于这种质子—质子循环发生的核反应，下列说法正确的是()1 1 12 0A ．两个质子 (1H) 发生聚变，可表示为1H＋ 1H → 1H＋ 1eB．两个质子1 1 1 1 (1 H)发生聚变，可表示为1H＋1H → 21HC．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为1 3 0 31H →2He＋1eD．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为611H →24He＋ 210e＋ 211H解析由题意及核反应中的质量数与电荷数守恒可得两个质子(11H) 发生聚变，可表示1 12 0—质子循环反应可表为 1H＋ 1H→ 1H＋1e，A项正确、B项错误；由题意可知一个完整的质子1 4 0 1示为 61H→2 He＋21e＋21H，C项错误、D项正确．答案AD12．如下一系列核反应是在恒星内部发生的：p＋12 13 13 13 ＋6C→7N， 7N → 6C＋e＋ν，p＋13 C→14 N， p＋14 N→156 7 8 O，7 α为α粒子， e 为正电子，ν为一种158O→157N＋ e ＋ν， p＋157N→126C＋α，其中 p为质子，＋＋中微子．已知质子的质量为 m p ＝1.672 648× 10－27 kg αm α＝ 6.644 929 ×10－27 k， 粒子的质量为g ，正电子的质量为 m e ＝ 9.11 ×10－31 kg ，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c ＝ 3.00× 108 m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量．解析 为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p → α＋ 2e ＋＋ 2ν设反应后释放的能量为Q ，根据质能关系和能量守恒得Q ＝ (4m p － m α－ 2m e )c 2代入数值可得： Q ≈3.95× 10－ 12 J.答案3.95× 10－12 J13．太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达 P ＝ 3.8× 1026 W.(1) 估算太阳每秒钟的质量亏损．(2) 设太阳上的核反应都是 411H →42 He ＋ 201e ＋ 2ν＋ 28 MeV 这种形式的反应 (ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透力极强的中性粒子 )，地日距离 L ＝ 1.5× 1011 m ，试估算每秒钟太阳垂直照射地面上每平方米有多少中微子到达．(3) 假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有 10%的质子可供“燃烧” ，试估算太阳的寿命 (太阳的质量为 2.0× 1030 kg ，质子的质量为 1.67×10－27 kg)．解析 (1) 太阳每秒钟释放的能量为E ＝Pt ＝ 3.8× 1026 J ，由质能方程 E ＝ mc 2可得E263.8× 10m ＝ c 2 ＝ 3× 108 2 kg ＝ 4.2×109 kg.(2) 设 E 0＝ 28 MeV ，每秒钟的核反应的次数为：E263.8× 10n ＝ E 0 ＝ 28× 106× 1.6× 10－19＝ 8.48× 1037次38每秒钟产生的中微子为n 1 ＝2n ＝ 1.696× 10 个S ＝ 4πL 2＝ 2.826×1023 m 2则每平方米上有中微子的个数为：n 1 1.696 1038×1023＝ 6×1014个．n 2＝ S ＝2.826× (3) 能发生反应的总质量为 m 1＝ M × 10%＝ 2.0× 1030× 10% kg ＝ 2.0× 1029 kg ，每次聚变用四个质子，每秒钟用的质子数为 n 3 ＝4n ＝ 4× 8.48× 1037个，质子的质量m p ＝ 1.67× 10－27kg ，太阳的寿命为：m 1 2.0×1029 － 27t ＝ 3 p ＝4× 8.4837 1.67 10 sn m ×10××＝3.53× 1017 s≈ 112亿年．答案(1)4.2 × 109 kg(2)6×1014个(3)112亿年。
第7节核聚变第8节粒子和宇宙精品导学案
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，反应时放出能量
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
E．媒介子是传递各种相互作用的粒子，胶子传递强相互作用
3．（20分）重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是()
(1)中微子与水中的 H发生核反应，产生中子( n)和正电子( e)，即：中微子＋ H→ n＋ e
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 e＋ e→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？
【例3】已知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 或反夸克 )组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.
粒子
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
＋
－
－
＋
由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成．
【例4】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 H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(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．
8．宇宙及恒星的演化
(1)宇宙演化
高中物理 19.6、19.7、19.8 核裂变、核聚变、粒子和宇宙预学案(无答案)新人教版选修3-
内蒙古巴彦淖尔市高中物理19.6、19.7、19.8 核裂变、核聚变、粒子和宇宙预学案（无答案）新人教版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（内蒙古巴彦淖尔市高中物理19.6、19.7、19.8 核裂变、核聚变、粒子和宇宙预学案（无答案）新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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核裂变、核聚变、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。
【重点难点】判断和书写核裂变、核聚变方程,能计算核反应释放的能量【考情分析】1.考纲要求Ⅰ级要求.2.题型：选择题，6分。
【课前预习案】［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错误!U＋________→错误!Ba＋错误!Kr＋________.(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.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：________。
2018-2019学年人教版选修3-5核裂变、核聚变、粒子和宇宙第1课时学案
19.6核裂变19.7核聚变19.8粒子和宇宙学习目标：1.知道聚变反应的特点．(重点)2．了解聚变反应的条件．(难点)3．知道轻核聚变能够放出很多的能量，若能加以控制将为人类提供广阔的能源前景．4．初步了解粒子物理学的基础知识及恒星演化．5．了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.【知识补给】核裂变和核聚变一、核裂变1．重核裂变（1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
（2）典型的裂变反应方程：235114489192056360U n Ba Kr 3n +→++（3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
（4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及相应的质量。
2．核裂变的应用：原子弹、核电站（核反应堆）。
3．核电站（1）核燃料：铀棒（其中的23592U ）（2）慢化剂：使快中子减速成为慢中子（热中子），被铀核俘获，发生核裂变。
常用慢化剂：石墨、重水、普通水（轻水）。
慢化剂的原子核质量数应较小，以使中子与其碰撞后有较好的减速效果。
使用石墨作为慢化剂是因为其不吸收中子，重水中的氘不易吸收中子，普通水中的氢核容易吸收中子。
在可以制造高浓度的核燃料后，慢化剂一般使用普通水。
（3）控制棒：调节中子数目，控制反应速度。
镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深些，以多吸收中子，减缓链式反应的速度。
（4）防护层：很厚的水泥防护层。
（5）水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，同时冷却反应堆。
（6）反应堆放出的热使水变成水蒸气，推动汽轮发电机发电。
二、核聚变1．轻核聚变（1）定义：两个轻核结合成质量较大的核的核反应。
（2）要使轻核发生聚变，必须把它们加热到很高的温度，使原子核具有足够的动能克服库仑斥力。
因此，聚变又叫热核反应。
（3）典型的聚变反应方程：23411120H H He n +→+（4）恒星就是一个巨大的热核反应堆。
2015-2016学年《重核的裂变 核聚变 粒子和宇宙》导学案
1.核裂变
裂变 。 (1)重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应,称为_________ (2)这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 , 链式反应 叫作核裂变的_______________ 。 (3)通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的 临界质量 ,相应的质量叫作___________ 临界体积 。 _____________
成一片废墟。阅读教材相关内容,回答下面的问题。
问题:(1)什么是核裂变? (2)什么是链式反应?
(3)为什么核裂变会释放巨大的能量?
解答:(1)用中子轰击重核,使其分裂为质量较小的原子核的过程叫作原子
核的裂变。 (2)重核裂变时会释放更多的中子,这些中子又会轰击其他的重核,使裂变
反应不断进行下去的过程叫作链式反应。
3.核聚变
聚变 两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫作__________ 。聚变的条件:
要加热到几百万摄氏度的高温。
4.受控热核反应
聚变与裂变相比有很多优点:轻核聚变产能效率高;地球上聚变燃料的 储量丰富 安全、清洁 _________________ ;轻核聚变反应更为_____________________ 。
5.粒子和宇宙
(1)“基本粒子”不基本:科学家发现数以百计的新粒子,它们不是由中子 复杂的结构 、质子、电子组成,还发现中子、质子本身有 __________________ 。2)发 强子 、 现新粒子:按粒子与各种相互作用的关系,可分为三大类, ________ 轻子 媒介子 。 __________ 、 _________
(3)夸克模型:1964年提出的夸克模型,认为强子由更基本的成分组成,这种
夸克 成分叫作 __________ 。
重核的裂变(导)学案 (1)
6核裂变[学习目标] 1.知道什么是核裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能.3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染．一、核裂变1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变用中子轰击铀核时，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23592U＋10 n→14456Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量．(2)有足够数量的慢中子．二、核电站1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．2．慢化剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等物体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．5．核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．(×)(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变．(×)(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．(√)(6)核反应堆用过的核废料无毒无害．(×)一、核裂变及链式反应[导学探究]如图1为铀核裂变示意图．图1(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案(1)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．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．235U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n92(2)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应．[知识深化]1．常见的裂变方程(1)23592 U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n(2)23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．3．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应．例1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答案 C解析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，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．针对训练1核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．答案3大于解析由质量数和电荷数守恒可知：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积．二、核电站[导学探究]如图2所示为核反应堆示意图：图2(1)核反应堆中各部件的作用是什么？(2)核电站发电有什么优点？答案(1)镉棒：吸收中子，控制反应速度．慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水．作用是降低中子速度，便于铀235吸收．铀棒：发生链式反应，产生能量．保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染．(2)核电站发电的优点①消耗的核燃料少．②作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所提供的能量大．③对环境的污染要比火力发电小．[知识深化]1．核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：2.反应堆工作原理：(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图3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．图3(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．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把热量传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．(4)保护层：发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．3．核电站发电的优点：(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所提供的能量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．例2秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电，发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能裂变是23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重答案 B解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电对环境的污染比火电小，D错．针对训练2(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，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，控制温度，故D正确．三、重核裂变释放核能的计算[导学探究]下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：235U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀92235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损是多少？释放的总能量是多少？答案亏损质量是反应前的总质量减去反应后的总质量：Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u释放的总能量为ΔE＝Δmc2＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.[知识深化]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．在计算释放的核能时：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，总能量单位才是焦耳．例3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，放出核能答案 D解析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4用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)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 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，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＋23592U→14156Ba＋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＝3.578×10－28 kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2J＝3.220 2×10－11 J.1．(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为23592U＋10 n→14456Ba＋8936Kr＋310n，下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错．2．(核污染)(多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害．则下列说法正确的是()A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的答案ABD解析控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C错误．3．(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中，有一种反应方程为23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋a X，其中X为某种粒子，a为X的个数，则()A．X为中子，a＝2 B．X为中子，a＝3C．X为质子，a＝2 D．X为质子，a＝3答案 B解析根据核电荷数守恒可知，X的电荷数为0，X必为中子10n，由质量数守恒可知a＝3，选项B正确．4．(裂变释放核能的计算)裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U为燃料的反应堆中，当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为235U＋10n→13954Xe＋9438Sr＋310n92235．043 9 1.008 7138.917 893.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)，已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，此裂变反应释放出的能量约是________ MeV.答案180解析此裂变反应的质量亏损为：(235.043 9＋1.008 7) u－(138.917 8＋93.915 4＋3×1.008 7) u＝0.193 3 u，由于1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，ΔE＝931.5×0.193 3 MeV≈180 MeV.一、选择题考点一重核的裂变及裂变过程1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的总质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的总中子数比裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案BD解析一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的总中子数比裂变前重核的要少，两个核的总质子数与裂变前重核的质子数相等，选项A错误，选项B正确；裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，C项错误；重核裂变的产物是多种多样的，D项正确．2．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()A．这个实验的核反应方程是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋10nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的γ射线穿透能力极强答案 D解析根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr ＋310n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，选项D正确．3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n答案 D4．在核反应式23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k X中()A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是质子，k＝9 D．X是质子，k＝10答案 B解析核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应式中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边总质子数为92＋0＝92，右边总质子数为38＋54＋x＝92，x＝0，X的质子数为0，所以X为中子，左边总质量数为235＋1＝236，右边总质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的数值为10.5．一个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答案 A解析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．考点二核电站6．原子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、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、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答案 A解析核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属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错误．7．(多选)为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的()A．铀块可制成任何体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂使产生的中子减速D．用镉棒作为控制棒，控制反应的剧烈程度，使反应平稳进行答案CD解析铀块小于临界体积将不会发生裂变反应，A错误；中子的速度不能太快，否则会与铀核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，B错误；镉棒吸收中子，控制反应剧烈程度，使反应平稳进行，D正确；通过慢化剂使中子减速，目的是使中子更容易被铀核俘获，发生链式反应，C正确．考点三核裂变释放核能的计算8．(多选)铀核裂变反应中的一个核反应方程为：23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知23592U的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中()A．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2)uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD ．释放的总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV答案 BD解析 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用u 或kg 作单位，故A 错，B 对；质量单位为u 时，可直接用“1 u 的亏损放出能量931.5 MeV ”计算总能量，故D 对；当质量单位为kg 时，直接乘以(3×108)2，总能量单位才是J ，故C 错．9．(多选)核电站的核能来源于235 92U 核的裂变，下列说法中正确的是( )A ．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.235 92U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如139 54Xe 和9538Sr ，反应方程式为235 92U＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210nC.235 92U 原子核中有92个质子、143个中子D ．一个235 92U 核裂变的质量亏损为Δm ＝0.215 5 u ，则释放的核能约201 MeV答案 BCD解析 反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A 错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B 正确；92为U 元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C 正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE ＝Δm ·c 2＝0.215 5×931.5 MeV ≈201 MeV ，故D 正确．10．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯235 92U 完全发生核反应时放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( )A ．N A ×196 MeVB ．235N A ×196 MeVC ．235×196 MeVD.N A 235×196 MeV 答案 D解析 由于1 mol 的铀核质量为235 g,1 g 铀235的摩尔数为1235，因此1 g 纯235 92U 完全发生核反应时释放的能量E ＝N A 235×196 MeV ，故D 正确． 二、非选择题11．(裂变释放核能的计算)现有的核电站常用的核反应之一是：235 92U ＋10n →143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为235.043 9 u ，中子的质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u ，锆(Zr)核的质量为89.904 7 u ，试计算1 kg 铀235裂变释放的能量为多少？(1 u ＝1.660 6×10－27 kg)答案 (1)40 90 (2)8.1×1013 J解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90.核反应方程中用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.043 9×1.660 6×10－27＝2.56×1024(个) 不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm ＝0.212 u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5 MeV ≈197.5 MeV则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV ≈8.1×1013 J.12．(核裂变反应的综合应用)在可控核反应堆中需要使快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与12 6C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案 用重水作减速剂减速效果更好解析 设中子质量为M n ，靶核质量为M ，由动量守恒定律得M n v 0＝M n v 1＋M v 212M n v 02＝12M n v 12＋12M v 22 解得v 1＝M n －M M n ＋Mv 0 在重水中靶核质量M H ＝2M n ，v 1H ＝M n －M H M n ＋M Hv 0＝－13v 0 在石墨中靶核质量M C ＝12M n ，v 1C ＝M n －M C M n ＋M Cv 0＝－1113v 0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．。
高中物理第十九章原子核第七节核聚变第八节粒子和宇宙预习导航学案新人教选修
第七节核聚变第八节粒子和宇宙预习导航1．核聚变（1）定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应。
（2）举例：21H＋31H→42He＋1n＋γ（3）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。
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）约束核聚变材料的方法：磁约束和惯性约束。
思考氢弹的威力相比原子弹的威力谁大？为什么？提示：氢弹的威力大。
氢弹内部发生的是核聚变，比核裂变放出的能量更多。
3．粒子和宇宙（1）基本粒子不基本：①直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子。
②随着科学的发展，科学家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。
（3）宇宙及恒星的演化： ①宇宙的演化：宇宙大爆炸4410s -−−−−→约后温度为1032_K ，产生了夸克、轻子、胶子等粒子610s -−−−−→约后温度下降到1013_K 左右，强子时代―→温度下降到1011_K 时，轻子时代―→温度下降到109_K 时，核合成时代−−−−→一万年后温度下降到104_K ，混合电离态―→温度下降到3_000_K 时，中性的轻原子−−−−→继续冷却恒星和星系。
②恒星的演化：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞。
高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
《重核的裂变》学案(人教版选修3-5)
第六节重核的裂变（学案）一．新课标要求1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。
（难点）2．知道什么是链式反应。
3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。
（重点）4．知道什么是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
二．预复习内容1．结合能、比结合能（平均结合能）的物理意义2．质量亏损与结合能的关系：如何理解爱因斯坦质能方程E=mc23. 理解图19.5-3原子核的比结合能图表并由此得到的结论：中等大小的核的比结合能最大，重核和轻核比结合能较小。
4．思考：为何使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样就可以释放核能供人们使用？三．课堂笔记栏四．例题1A、B、C、D、例题2、中子质量为1.0087u,质子质量为1.0073u，氘核质量为2.0136u中子和质子事成氘核时释放的能量为_______J.（结果取两位有效数字，1u＝1.7×10-27kg）例题3、铀235俘获一个慢中子后，一个可能的情况是裂变为锶（）和氙（），写出裂变时的核反应方程，若铀核、铀核、氙核、中子的质量分别记为m1、m2、m3、m4,则该反应中释放的能量为ΔE=？例题4、在反应堆中，铀238吸收快中子后变成铀239，铀239经过两次衰变生成钚239（Pu），钚239也是一种核燃料，试写出上述各反应的方程。
例题5、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）五．课堂小结通过本堂课的学习，主要知道核裂变的概念，知道什么是链式反应，会计算重核裂变过程中释放出的能量，知道什么是核反应堆，了解核电站及核能发电的优缺点。
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196重核的裂变学案(人教版选修3-5)_理化生_高中教育_教育专区.docx
19.6重核的裂变学案（人教版选修3-5）.课堂合作探究问题导学一、核裂变鵲活动与探究11.重核的裂变能够自发地进行吗？2.发生链式反应的条件是什么？迁移与应用1关于重核的裂变，以下说法正确的是（）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能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能-------------------------------- •：：：・名师超律«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2〜3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
3.能量：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。
一般来说，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,l kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的髙温。
二、核电站=2活动与探究21•快中子增殖反应堆，简称“快堆”，是获取核能的一种技术。
快堆不用铀235,而用杯239作燃料，不过在堆心燃料杯239的外围再生区里放置铀238。
杯239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外RI再生区的铀238吸收，变为铀239,铀239经过两次0衰变后转化为钎239o在大型快堆中，平均每10个钎239原子核裂变可使12至14个铀238转变成钎239o这样，钵239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀238变成可用燃料仰239, 而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖，所以这种反应堆又称“快速增殖堆”。
高二物理(人教版)选修3-5导学案设计：第19章7、8节《核聚变和粒子和宇宙》
第19.7、8节《核聚变和粒子和宇宙》导学案班级：___________ 组名：___________ 姓名：____________【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及恒星演化。
4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神。
【使用说明与学法指导】观察、思考、比较、探究【知识链接】1．结合能：要把原子核分开成核子时______的能量或核子结合成原子核时______的能量。
结合能并不是由于核子结合成原子核而______的能量，而是为把核子分开而______的能量。
2．比结合能：原子核的结合能与_______之比称为比结合能。
比结合能_____，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，_________的核的比结合能最大、最稳定。
3．轻核的比结合能________（大、小），中等质量核的比结合能_______（大、小），重核的比结合能________（大、小），因此_______核最稳定。
如果重核裂变成中等质量的核，平均结合能________（增大、减小），即此过程要________能量（吸收、释放）。
如果轻核合并成中等质量的核，比结合能________（增大、减小），即此过程要_______能量（吸收、释放）。
【学习过程】知识点一、核聚变【问题1】阅读课本P88内容回答以下问题：（1）请写出一个氘核和一个氚核结合成一个氦核的核反应方程式：___________________________（2）从右边原子核的比结合能曲线可以看出，氘核和氚核的比结合能______（大于、小于）氦核的，因此该反应要______（放出、吸收）能量。
（3）上述核反应中要释放17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，一个铀235裂变反应释放能量为200Mev，平均每个核子释放能量1MeV以下，所以聚变释放的能力为裂变的倍。
高中物理 19.6 重核裂变导学案 新人教版选修
高中物理 19.6 重核裂变导学案新人教版选修19、6 重核裂变导学案新人教版选修3-5策略与反思纠错与归纳学习目标（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；（4）知道什么是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
★学习重点：【自学过程】自学一：阅读下列问题，自学教材p83-84第一部分“核裂变”，自学完成后完善知识点梳理。
1、什么是核裂变？2、铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？3、链式反应是怎样进行的？4、什么是临界体积（临界质量）？5、裂变反应中的能量是怎样计算的。
自学二：阅读下列问题，自学教材p85-86第二部分“核电站”，自学完成后完善知识点梳理。
问题1、核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？问题2、核能发电的优点、缺点？补充：1、了解原子弹的原理及它的危害。
2、了解常用裂变反应堆的类型：秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。
例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（）A、B、C、D、例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8、21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）【自我检测】1、关于铀核裂变，下列说法正确的是、（）A、铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种B、铀核裂变时还能同时释放2-3个中子C、为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D、铀块的体积对链式反应无影响2、在核反应堆外修建很厚的水泥层，是为了防止、（）A、核爆炸B、放射线外泄C、快中子外泄D、慢中子外泄3、下列四种原子核中平均质量最小的是、（）A、铁56B、氦4C、铀238D、钍2344、铀235容易俘获哪一种粒子而发生裂变释放核能、（）A、快中子B、慢中子C、α粒子D、质子5、下列核反应中，表示核裂变的是：（）A、B、U+ n→ Br+ KrC、C→N+D、Be+He→ C+ n6、补充下面的裂变方程U+ n→ Sr+ Xe +（）氢弹中用氘核和氚核合成氦核，写出核反应方程________________________________、7、铀238俘获中子后形成铀239，再经两次β衰变，可成为原子反应堆中的燃料钚239、写出其方程式______________________________________________________________、8、一个铀235原子核吸收一个中子后，裂变成两个新的原子核，并放出两个中子、经测量，这两个新原子核的质量分别为232、3210-27kg和155、9410-27kg、已知铀235原子核的质量为390、310-27kg，中子质量为1、6710-27kg、则一个铀235原子核裂变时释放的核能为______J=______eV、9、世界上第一座原子能发电站每秒需要28、5106J的能量，设一个铀235的原子核裂变时能放出约196MeV的能量，它一天需要多少铀燃料？相当于多少燃烧值为2、9107J/kg的煤完全燃烧放出的能量？。
物理：新人教版选修3-5 19.8粒子和宇宙(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19.8 粒子和宇宙★新课标要求（一）知识与技能1．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史2．初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一（二）过程与方法1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法2．能够突破传统思维重新认识客观物质世界（三）情感、态度与价值观1．让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性，2．培养学生的科学探索精神，★教学重点了解构成物质的粒子和宇宙演化过程★教学难点各种微观粒子模型的理解★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：1．Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等，2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等，★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题，宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀,要了解宇宙更早期的情况,我们必须研究组成物质的基本粒子，问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分），点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解,激发学生的兴趣,积极回答，教师：其实直到19世纪末,人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒，20世纪初人们发现了电子,并认为原子并不是不可以再分,而且提出了原子结构模型的研究，问题：现在我们认为原子是什么结构模型,由什么组成？学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构,说明原子可再分,原子核由质子与中子构成，点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识，（二）进行新课1．“基本”粒子“不”基本教师：1897年汤姆生发现电子,1911年卢瑟福提出原子的核式结构，继而我们发现了光子,并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子,所以把它们叫“基本粒子”，那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？学生思考并惊奇，点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些,所以这节课引起了学生的兴趣，（可以不按教材顺序介绍,接着介绍新粒子的发现）2．发现新粒子教师：20世纪30年代以来,人们对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子，请学生看教材（103页“发现新粒子”）思考下面的问题：（1）从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？（2）通过科学核物理实验又发现了哪些粒子？（3）什么是反粒子？（4）现在可以将粒子分为哪几类？在老师的引导下学生带着问题阅读教材，学生回答：（1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子（2）实验中发现了许多反粒子,现在发现的粒子多达400多种，（3）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子,叫做反粒子，（4）按粒子与各种相互作用的关系,可分为三大类：强子、轻子和媒介子， 教师（讲授评析）：强子：是参与强相互作用的粒子， （强子又分为介子和重子） 轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子， 媒介子：传递各种相互作用的粒子， 学生举例： 强子：质子、中子… 轻子：电子、电子中微子 媒介子：光子、胶子…点评：激发学生了解相关知识,更进一步了解这个世界，比较三类粒子,让学生形成直观的认识,知道三类粒子的主要作用，3．夸克模型问：上述粒子是不是最小单位,有没有内部结构呢？ 请学生看教材（第104页“夸克模型”） 学生：在老师的引导下学生带着问题阅读教材，教师：1964年提出夸克模型,认为强子由更基本的成分组成,这种成分叫做夸克（quark ），夸克模型经过几十年的发展,已被多数物理学家接受，那么,现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？ 学生回答：（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克， （2）夸克带电荷为元电荷的32+或31-倍点评：提示学生现代科学不仅发现6种夸克而且发现了反夸克存在的证据，使学生知道知识的学习和科学的探究是无止境的，教师（提示）：科学家们还未捕捉到自由的夸克，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”，能否解放被禁闭的夸克,是物理学发展面临的一个重大课题，夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破,它指出电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷，而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展，例：已知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,它们的带电荷量如下表所示,表中e 为元电荷，π+π-udud带电量+e-ee 32+e 31-e 32-e 31+下列说法正确的是（ ）（2005全国） A ．π+由u 和d 组成 B ．π+由u 和d 组成 C ．π-由u 和d 组成 D ．π-由u 和d 组成解析：根据各种粒子带电情况,π的带应为u 和d （“+”或“-”）所以选“AD ” 归纳：基本粒子不基本（列出框架图）点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一，4．宇宙的演化、恒星的演化前面我们提到要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子,这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论,与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑，阅读教材（第105页“宇宙演化”）并要求学生初步了解宇宙演化的发展过程， 点评：培养学生自学的习惯，学生简单了解宇宙演化和恒星演化过程，教师：讲授“宇宙演化过程和恒星演化过程”： 宇宙大爆炸后,“粒子家族”（宇宙形成之初）： 10-44秒后,温度1032K,产生夸克、轻子、胶子等→10-6秒后温度1013K,夸克构成了质子和中子等（强子时代）→温度为1011K 时,少量夸克,光子、大量中微子和电子存在（轻子时代）→ 温度109K 时进入核合成时代→温度降到3000K 时,电子与质子复合成氢原子→粒子 媒介子轻子 （6种）强子参与强作用光子（传递电磁相互作用）胶子（传递强相互作用） 电子电子中微子μ子和μ子中微子 τ子和τ子中微子质子中子介子 超子上夸克 下夸克奇夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克夸克冷却,出现了宇宙尘埃−−−−→−万有引力作用密集尘埃→星云团−−−→−温度升高开始发光→ 一颗恒星诞生， 恒星收缩升温→ 热核反应成氦→ 氢大部分聚变为氦→ 收缩→ 氦聚合成碳→…（类似）直到产生铁元素， 恒星最后的归宿：恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星 恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性 恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞教师：引导学生阅读课外材料“科学足迹”,课本第106页“华人科学家在粒子物理领域的杰出贡献”,了解科学发展史，学生：了解华人对物理科学的贡献,增强学生的爱国主义热情和热爱科学的高尚的道德情操，点评：激发学生的求知欲,让学生有一种探索科学奥秘的愿望， 5．课堂练习（可选为例题）练习1、目前普遍认为,质子和中子都由被称为μ夸克和d 夸克的两类夸克组成,μ夸克带电量为2e/3,d 夸克带电量为-e/3,e 为元电荷,则下列论断可能的是（ ）A ．质子由1个μ夸克和1个d 夸克组成,中子由1个μ夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个μ夸克和1个d 夸克组成,中子由1个μ夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个μ夸克和2个d 夸克组成,中子由2个μ夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个μ夸克和1个d 夸克组成,中子由1个μ夸克和1个d 夸克组成 答案：B练习2、-K 介子衰变方程为：-K →π-+πo 其中-K 介子和π-介子带负的基元电荷,πo 介子不带电,如图所示,一个-K 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,其轨迹为圆弧A p ,衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧p B,两轨迹在p 点相切,它们半径R k-与R π-之比为2：1（πo 介子的轨迹未画出）由此可知π-的动量大小与πo的动量大小之比为（）A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6答案：C（三）课堂小结1．知道组成物质的粒子的发展史2．了解粒子的种类及特点，3．知道宇宙演化和恒星的演化过程4．理解物质世界粒子与宇宙的和谐统一，学生：整理课堂笔记,进一步回忆巩固所学知识，点评：要求学生梳理知识,进行课堂小结，（四）作业：（1）查找有关华人科学家在粒子物理领域的更多成果和事迹与其他同学交流，（2）“问题与练习”中的1~2题，★教学体会粒子和宇宙是近现代物理学重要内容,让学生了解人类对物质结构的认识过程从而进一步认识到物质世界的发展过程：粒子→宇宙，本节内容有很多知识相对抽象,课堂教学以讲授为主,并加以适当的补充介绍,使内容更象形象，一方面让学生了解科学知识,另一方面通过发展名的介绍（尤其是华人在粒子物理学方面的贡献）激发学生爱国主义的精神,培养学生热爱科学、热爱自然的高尚的道德情操,并鼓励他们为祖国、为科学而努力学习,争取更大贡献，。
[推荐学习]高中物理《19.7 核聚变》《19.8粒子和宇宙》导学案(无答案)新人教版选修3-5
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探究一、探究核聚变
1.核聚变的条件和特点：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?与重核的裂变相比聚变有哪些特点?
2.可控热核反应：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?可控热核反应有哪些优点?
3.实现热核反应的必要性：人们为什么要研究可控热核反应?或者说实现可控热核反应的 必要性是什么?
(2)条件：热核燃料加热到非常高的_____;热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量。
(3)聚变与裂变的对比优点：①轻核聚变_____效率高;②地球上聚变燃料的储量_____;③轻核聚变更___________。
(4)约束核聚变材料的方法：_______和惯性约束。
（二）粒子和宇宙
1.发现新粒子：(1)新粒子的发现：1932年发现了____ ___，1937年发现了_____，1947年发现了K介子和π介子，迄今发现的粒子已达到400多种。
核 聚 变 粒子和宇宙
课题
核 聚 变 粒子和宇宙
课型
新课（第1课Байду номын сангаас）
学习目标
1、知道轻核的聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展；
2、初步了解粒子物理学的基础知道，初步了解恒星的演化
3、通过核能的利用，思考科学技术与社会进步的关系。
学法
导学案学习
项目
预习
归纳改正
评分
时间
重点
1、核聚变反应的特点及条件；2、粒子及粒子的作用。
A.裂变和聚变过程都有质量亏损 B.裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加
C.裂变过程 质量有所增加，聚变过程有质量亏损 D.裂变和聚变过程质量都有所增加
[VIP专享]19.6-8 《重核的裂变 核聚变 粒子和宇宙》导学案
![[VIP专享]19.6-8 《重核的裂变 核聚变 粒子和宇宙》导学案](https://img.taocdn.com/s3/m/2f468cd9d0d233d4b04e6926.png)
提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。
核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。
、铀核的裂变）铀核的裂变的一种典型反应。
提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？n）链式反应：提问：链式反应是怎样进行的？一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
）临界体积（临界质量）：提问：什么是临界体积（临界质量）？叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
）裂变反应中的能量的计算。
裂变前的质量：kg裂变后的质量：，学生计算：质量亏损：，201MeV）提问：核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？铀棒：由浓缩铀制成，作为核燃料。
控制棒：由镉做成，用来控制反应速度。
俘获。
冷却剂：由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
水泥防护层：用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
【问题】核能发电的优点、缺点？课后作业（P88问题与练习）第二课时一、核聚变（P88）1、什么叫聚变？聚变有什么特点？2、轻核聚变的产生条件是什么？3、写出一个氘核与一个氚核结合成氦核是的核反应方程。
注：（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107K 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。
4、核聚变有什么应用？二、受控热核反应（P89)1、聚变与裂变相比有哪些优点？2、实现核聚变的难点：可能方案：例题：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：mα=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。
7、8核聚变,粒子和宇宙导学案
第7节 核聚变 第8节粒子和宇宙一、核聚变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： 一、核聚变1．定义：两个轻核结合成 的原子核的反应。
2．条件:(1)轻核的距离要达到 以内。
(2)聚变可以通过高温来实现，因此又叫 。
3．实现核聚变的方法(1)难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。
(2)方案：科学家设想了两种方案，即 和 ，______是目前性能最好的一种磁约束装置。
二、粒子和宇宙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”. 1．“基本粒子”不基本(1)19世纪末，人们认为 是组成物质的 的最小微粒。
(2)后来认为光子、电子、质子和 是组成物质的不可再分的 粒子，并称为“基本粒子”。
2.随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都 由质子、中子、电子组成的，另外又发现质子、中子等本身也有 的结构。
物理：19.8 核聚变 导学案(人教版选修3-5)
19。
8 核聚变导学案（人教版选修3-5）
编写：邱佳佳审核：高二物理组
寄语：认识自然界的脚步永不停息！
【学习目标】
1。
初步了解粒子物理学的基础知识。
2。
初步了解宇宙和恒星的演化。
3.在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神。
【学习重点】
粒子的分类及特点
【学习难点】
微观粒子与宏观宇宙的关系
【知识链接】
很长时间以来,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的“基本"粒子。
【新课学习】
阅读课本核聚变相关内容，自主完成下列内容。
一、“基本”粒子不基本
科学家通过哪些方面的发现说明“基本”粒子不基本，而把它们统称为粒子？
二、发现新粒子
阅读新粒子的发现及粒子的分类，请你用表格全面概括你对粒子分类的了解。
三、夸克模型
夸克模型认为强子是由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克。
简述夸克的分类、特点及夸克模型提出的意义.
四、宇宙和恒星的演化
宇宙演化过程：大爆炸夸克、轻子、胶子强子时代轻子时代核合成时代电子与质子复合成氢原子形成恒星和星系
恒星演化过程:宇宙尘埃星云团恒星诞生氢核聚合成氦核氦核聚合成碳核其他聚变过程无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞.
【小结反思】
研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通,相互支撑。
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1968《重核的裂变核聚变粒子和宇宙》导学案2012年5月25日编写：杨洪涛审阅：王生云学习要求I•知道裂变反应和聚变反应。
关注聚变反应研究的进展2.知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式3•通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系第一课时1.核裂变提问：什么是核裂变？提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？只有核子平均质星减小的核反应才能放出核能。
知识总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。
只有重核裂变和轻核聚变能放111大量的能量。
2、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。
提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？訓+加脚+ ；：" + 3加（2）链式反应：提问：链式反应是怎样进行的？答案：这种由重核裂变产牛的小f使裂变反应-代接- 代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
（3）临界体积（临界质量）：提问：什么是临界体积（临界质最）？答案：通常把裂变物质能够发牛•链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质最。
（4）裂变反应中的能量的计算。
裂变前的质量：m u = 390.3139x 10一刀kg, m n— 1.6749x IO-27 kg裂变后的质量:=234.0016x10—27 炮，m Kr = 152.6047 x 10-27 kg, 3加” =5.0247 x IO'27 kg, 学生计算：质量亏损：Am = 0.3578x 10~27 kg,AE = \mc2 = 0.3578 x 10-27 x （3.0x IO8）2 J=201 MeV知识总结：由重核裂变产牛的屮子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。
裂变物质能够发牛链式反应的最小体积叫做它的临界体积。
铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
3、核电站（P85）水泥訪护层提问：核核反应堆各组成部分在核反应屮起什么作用? 铀棒：由浓缩铀制成，作为核燃料。
控制棒：由镉做成，用來控制反应速度。
I 减速剂：由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用來鮎跟快屮子碰撞，使快小子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。
冷却剂：由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
水泥防护层：用來屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
【问题】核能发电的优点、缺点？优点：_______________________________缺点：________________________________4、例题例题1、下列核反应小，表示核裂变的是（）A、亍U J訥+艸B、：C T：2 + _弦C、+ T 冒厂+ 3加D、:Be+；He£C + ；n分析：核反应中冇四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。
菇中衰变中冇Q衰变、0衰变等。
瓷U J訥+：弘是a衰变：+吳是0衰变，+ 是人工转变，只的C选项是重核裂变。
例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW,如果lg铀235完全裂变时产牛的能量为8.2x10'° J,并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）解：核电站每天的发电量为W=Pt=3 X 108 X 24 X 3600 J=2.592 X 1013 J. 每年的发电量W^=365W=9.46X1O,5J而1 g铀完全裂变时产生的能最为8.2X 10I0J.所以，每年消耗的铀的量为课后作业（P88问题与练习）第二课时一、核聚变（P88）1、什么叫聚变？聚变冇什么特点？2、轻核聚变的产生条件是什么？3、写出一个宛核与一个就核结合成氨核是的核反应方程。
注：（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人的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8X 1026J,地球只接受了具屮的二十亿分之一。
太阳在“核燃烧”的过程屮“体重” 不断减轻。
它毎秒有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I-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，在其屮进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十儿倍。
4、核聚变有什么应用？二、受控热核反应（P89）1、聚变与裂变相比有哪些优点？2、实现核聚变的难点：可能方案:例题：一个氛核和一个氟核发生聚变，其核反应方程是42He+：）n，其屮笊核的质量:mD=2.014 102 Us氟核的质量：mr=3.016 050 u%氨核的质量:ma =4.002 603 u、中子的质量:m n = 1.008 665 u> lu=1.660 6X 10'27kg, e= 1.602 2X 10 I9C,请同学们求出该核反应 所释放出來的能量。
巩固练习第三课时（P91-94）1 •“基本”粒子“不”基本1897年汤姆住发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。
继而发现了光子，并认 为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。
那么随着科学技术的发展，科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子，并且乂发现 质子、中子等本身也有白己复杂的结构。
2.发现新粒子（P91）20世纪30年代以來，人们对宇宙线的研究小发现了一些新的粒子。
思考下面的问题：（1） 从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？ （2） 通过科学核物理实验乂发现了哪些粒子？ （3） 什么是反粒子？（4） 现在可以将粒子分为哪儿类？答案：（1） 1932年发现正电子；1937年发现P 子；1947年发现K 介子与兀介子（2） 实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
（3） 许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他-些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。
（4） 按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。
强子：是参与强相互作用的粒子。
（强子乂分为介子和重子） 轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。
丿I 球土単1大址仔祝着•种叫做g ；He ）*的化.c*.M 热栈聚变的■要压料 科学家初步佔it 月球I-£ 少有100 "吨武3・咖柚1关技术研龙虑功•将为 取之不尽的能源xr«3 Wi （核聚变•卜列说法中正确 的是 （）A ・核反应方程为»；1卜+ II B.核反应生成物忙"大J •参加 物质的（：.33（!11. ） •个孩子的结介能大]•臥4（；1卜）•个 核子的结台能I ）.嵐3（；lh 讣与笊核发生聚变将放出能址1999年9月18日，巾共巾央、国务院冲央军委崔人 艮大会血表够M •星”作狀出XI 的H 技滋・F 列枚反皿方f 帥属「•研却卿的啡的找反应 方阳快（）丄：盼；||「一<（）+]|| B. ?l+；n -*；Sr+^Xe + IOjn C. ?L ^2*Tli + > l ）.；ll + ；ll —媒介子：传递各种相互作用的粒子。
3・夸克模型1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark ）。
夸 克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。
那么，现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？（1） 上夸克、下夸克、奇界夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
2 1（2） 夸克带电荷为元电荷的+ 土或-丄倍3 3科学家们还未捕捉到H 由的夸克。
夸克不能以白由的状态单个出现，这种性质称为夸克 的“禁闭”。
能否解放被禁闭的夸克，是物理学发展面临的一•个重人课题。
夸克模型的提出是物理学发展小的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单 元，即存在分数电荷。
而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步 的发展。
底夸克 顶夸克【例】：已知介+介子、k 介子都是由一•个夸克（夸克u 或夸克d ）和一个反夸克（反令 克7或反夸克7）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e 为元电荷。
卜-列说法正确的是（）（2005全国）A.兀*由u 和〃纟fl 成 C.於由u 和2组成 4.宇宙的演化、恒星的演化要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学屮研究微观壯界的粒子物（媒介子｛ 光子（传递电磁相互作用）胶了（传递强相互作用）粒丿轻子子［（6种）r 电子电子中微子P 子和》子中微子 I 「了和—了中微了强子 参与强作了质了［I 屮了介了J 超子丿卜夸克上夸克 J 下夸克 I 奇夸克粲夺克B.兀+由弘和d 组成 D.旷由7和d 组成理、量子理论，与研究宁宙的理论竞然相互沟通、相互支撐。
宇宙演化过程和恒星演化过程：宇宙大爆炸后，“粒了家族”（宇宙形成之初）：1（T 44秒后，温度1032K,产牛夸克、轻子、胶子等一IO'秒后温度1（尸K,夸克构成了质子和中子等（强子时代）一温度为10“K 时，少量夸克，光了、大量中微了和电了存在（轻了时代）一 温度109K 时进入核合成时代->温度降到3000K 吋，电子与质子复合成氢原子一冷却，出现了宇宙尘埃 密集尘埃一星云团 温度升禹〉开始发光一颗恒星诞牛。
恒星收缩升温一热核反应成氨一氢大部分聚变为氮一收缩一氮聚合成碳一 （类似）肓到产生铁元素。
怕星最后的归宿：恒星质量小于太阳1.4倍一白矮星 恒星质量是太阳1.4〜2倍一中了星怛星质最更人时（无法抵抗）一黑洞课堂练习1、目前普遍认为，质子和中子都山被称为卩夸克和d 夸克的两类夸克组成，卩夸克带电最为2e/3, d 夸克带电量为・e/3, e 为元电荷,2、K 一介子衰变方程为：《一一於+兀°其中K 一介子和k 介子带负的基元电荷，兀°介子不带电，如图所示，一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场小，其轨迹为圆弧A”,衰变后产生的n -介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在p 点相切，它们半径Rk 一与R-之比为2： 1 （於介子的轨迹未画出）由此可知兀一的动量大小与的动量人小之比为（C ）A. 1： 1B. 1： 2C. 1： 3D. 1： 6万有引力作用〉A. 质子山1个u 夸克和1个d 夸克组成,B. 质了由2个u 夸克和1个d 夸克组成,C. 质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成,D. 质子山2个卩夸克和1个d 夸克组成,中子由1个M 夸克和2个d 夸克组成 中了由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 中子由1个M 夸克和1个d 夸克组成则下列论断可能的是（B ）。