核聚变、粒子和宇宙 课件
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反应释放出的能量为____1_7_.6__ MeV(结果保留 3 位有效数字). 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·c2≈17.6 MeV.
强子
互作用 子
成；强子又可分为介子和重子
轻子
电子、电子中微子、μ 不参与强
子、μ子中微子、τ子、 相互作用
τ子中微子
未发现内部结构
传递各种 光子、中间玻色子、胶 光子、中间玻色子、胶子分别传
媒介子
相互作用 子
递电磁、弱、强相互作用
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
核聚变 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10－15 m；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.
的＋23或－13.例如，上夸克带的电荷量为＋23e，下夸克带的电荷量为－3e. (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
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
重核裂变
轻核聚变
放能 重核分裂成两个或多个中等质 两个轻核结合成质量较大的
原理 量的原子核，放出核能
√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 质子11H 带电荷量为 2×23e＋(－13e)＝e，中子10n 带电荷量为23e＋
原子核，放出核能
放能 多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料 处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的 蕴藏量
主要原料是氘，氘在地球上的储 核裂变燃料铀在地球上储
量非常丰富.1 L水中大约有0.03 g 量有限，尤其用于核裂变
氘，如果用来进行热核反应，放 的铀235在铀矿石中只占
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 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10－15 m ， 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.
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×(－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.
粒子 π＋ π－ u d u d
带电 荷量
＋e
－e
＋23e
－3e
－23e
＋3e
(1)按最简单的组成，π＋介子由谁和谁组成？ 答案 π＋介子是由夸克 u 和反夸克 d 组成的
(2)按最简单的组成，π－介子由谁和谁组成？ 答案 π－介子由夸克 d 和反夸克 u 组成 解析 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.
Baidu Nhomakorabea
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.
√C.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
二、粒子的分类和夸克模型
1.粒子的分类
参与的相 分类
互作用
发现的粒子
备注
参与强相 质子、中子、介子、超 强子有内部结构，由“夸克”构
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＋10n
B.“人造太阳”的核反应方程是23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n
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.
出的能量约与燃烧300 L汽油释放 0.7%
的能量相当
可控性
速度比较容易进行人工控 目前，除氢弹以外，人们还不能
制，现在的核电站都是用 控制它
核裂变反应释放核能
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＝931.5c2MeV，c 是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子 x 是__10_n_(_或__中__子_，) 该
强子
互作用 子
成；强子又可分为介子和重子
轻子
电子、电子中微子、μ 不参与强
子、μ子中微子、τ子、 相互作用
τ子中微子
未发现内部结构
传递各种 光子、中间玻色子、胶 光子、中间玻色子、胶子分别传
媒介子
相互作用 子
递电磁、弱、强相互作用
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
核聚变 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10－15 m；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.
的＋23或－13.例如，上夸克带的电荷量为＋23e，下夸克带的电荷量为－3e. (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
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
重核裂变
轻核聚变
放能 重核分裂成两个或多个中等质 两个轻核结合成质量较大的
原理 量的原子核，放出核能
√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 质子11H 带电荷量为 2×23e＋(－13e)＝e，中子10n 带电荷量为23e＋
原子核，放出核能
放能 多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料 处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的 蕴藏量
主要原料是氘，氘在地球上的储 核裂变燃料铀在地球上储
量非常丰富.1 L水中大约有0.03 g 量有限，尤其用于核裂变
氘，如果用来进行热核反应，放 的铀235在铀矿石中只占
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 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10－15 m ， 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.
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×(－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.
粒子 π＋ π－ u d u d
带电 荷量
＋e
－e
＋23e
－3e
－23e
＋3e
(1)按最简单的组成，π＋介子由谁和谁组成？ 答案 π＋介子是由夸克 u 和反夸克 d 组成的
(2)按最简单的组成，π－介子由谁和谁组成？ 答案 π－介子由夸克 d 和反夸克 u 组成 解析 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.
Baidu Nhomakorabea
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.
√C.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
二、粒子的分类和夸克模型
1.粒子的分类
参与的相 分类
互作用
发现的粒子
备注
参与强相 质子、中子、介子、超 强子有内部结构，由“夸克”构
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＋10n
B.“人造太阳”的核反应方程是23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n
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.
出的能量约与燃烧300 L汽油释放 0.7%
的能量相当
可控性
速度比较容易进行人工控 目前，除氢弹以外，人们还不能
制，现在的核电站都是用 控制它
核裂变反应释放核能
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＝931.5c2MeV，c 是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子 x 是__10_n_(_或__中__子_，) 该