核聚变、粒子和宇宙 课件
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高中物理课件-19.7+聚变、19.8粒子和宇宙
（2）核反应中释放的核能为
ΔE=Δmc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5
=4.356MeV
由能的转化和守恒定律知 EkU+E kα=ΔE - 0.09 = 4.266MeV ∵pU=pα ∴由EK=1/2·mv2 =p 2/2m EKU / EKα=mα /mU=4/235 ∴ α粒子的动能为 EK α = (EkU+E kα ) × mU ／ (mα +mU )
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的 大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播 开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间 的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应 该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或 者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
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。
➢ ➢
宇宙——从何而来？
❖ 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) ❖ 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
宙 时 各大 间 处爆 的 同炸 零 时是 点 产在
宇宙的演化过程示意图
大爆炸——夸克、轻子、胶子等——强子时 代——轻子时代——核合成时代——电子质 子复合成氢原子——形成恒星和星系。
恒星演化过程示意图
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,中子星或 黑洞。
高中物理 19.7.8 核聚变 粒子和宇宙课件 新人教版选修35
断.
2 2 e ( 1 e e，
【 带规电范荷解(d答iàn】h选è23)B量e.质为2子1(1H13 e带) 电可0荷.见(dBi正àn确hè. )量为3
3 中子10n
第二十八页，共39页。
【温馨提示】核聚变可以产生大量的能量,为解决世界“能源危机” 创造了美好(měihǎo)的前景.因此高考针对核聚变的考查成为命题 的热点.考查时常结合太阳内部的核聚变、月球上32He的开发和受 控热核反应的研究等为背景进行命题.
10-15 热m 核反应(rèhé (2)聚变可以通过高温来实现,因此又叫_________.
－fǎnyìng)
第四页，共39页。
【判一判】 (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(zhìliàng)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裂变反应.( ) 提示：(1)聚变平均每个核子放出的能量比裂变每个核子释放的能量 大，(1)错误. (2)发生核聚变的两个必备条件 ①轻核距离在10-15 m以内, ②达到反应时需要的温度,(2)错误. (3)太阳内部发生的是聚变,(3)错误.
难点：粒子(lìzǐ)的分类、夸克模型和宇宙及恒星的演化.
第三页，共39页。
一、核聚变
质量(zhìliàng)
1.定义:两个轻核结合成较_大________的原子核的反应.
2.核反应举例：21H+31H→4_2H_e__+10n+17.6 MeV 3.条件(tiáojiàn)：(1)轻核的距离要达到________以内.
第十页，共39页。
核聚变的特点 【探究导引】 如图是氢弹的原理图,根据图片思考以下问题(wèntí)： (1)引发热核爆炸的步骤是怎样的？ (2)核聚变发生的条件是什么？核聚变有 什么特点？
粒子和宇宙 课件
参与的 相互作用
参与强相互作 用
不参与强相互 作用
传递各种相互 作用
发现的粒子
备注
质子、中子、介子、 超子
电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、τ 子、τ子中微子
光子、中间玻色子、 胶子
强子有内部结构，由 “夸克”构成；强子 又可分为介子和重子
未发现内部结构
光子、中间玻色子、 胶子分别传递电磁、 弱、强相互作用
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．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．
(1)写出核反应方程； (2)求核反应所释放的能量ΔE； (3)求 1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反 应方程为 411H→42He＋201e.
(2)反应过程中的质量亏损为 ΔE＝4mp－(mα＋2me)． 根据ΔE＝Δmc2 得 ΔE＝[4mp－(mα＋2me)]c2＝(4mp－mα－2me)c2.
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在 分数电荷．
【典例 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
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．
核聚变和粒子和宇宙优秀课件
核裂变燃料铀在地球上储 量有限，尤其用于核裂变
的235U在铀矿石中只占 0.7%
主要原料是氚，氚在地球上 的储量非常丰富。1L海水中 大约有0.03g氚，如果用来进 行热核反应放出的能量约与
燃烧300L汽油相当
速度比较容易进行人工控 制，现在的核电站都是用
裂变反应释放核能
目前，除氢弹以外，人们还 不能控制它
你知道太阳的能量来源于什么吗？
知识自主梳理
知识点1 核裂变
1.定义：轻核结合成质__量__较__大__的原子核的反应叫聚变。 例如21H＋31H―→42He＋01n 2．聚变发生的条件：使物质达到_几__百__万__度的高温。 3．轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚变放出更 大的能量，由于温度较高，所以聚变也称为_热__核___反应。
核聚变和粒子和宇 宙
第七节 核聚变 第八节 粒子和宇宙
学习目标定位
※ 知道聚变反应的特点
能写出聚变方程并计算聚变能 ※
量
※
了解可控热核反应
※ 知道粒子的分类及其作用
了解宇宙起源的大爆炸说及恒 ※
星的演化
课堂情景切入
万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是无可 替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有 了，那么地球上的一切生物都将随之消失。
一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们带电量如下
表所示，表中e为元电荷。
π＋ π－ u d u d
带电 量
＋e
－e
＋23e
－13e
－23e
＋13e
下列说法正确的是( ) A．π＋由u和 d 组成 C．π－由u和 d 组成
氢弹爆炸的威力相比原子弹爆炸的威力哪一个大？为什 么？
核聚变 粒子和宇宙 课件
第 7、8 节
核聚变 粒子和宇宙
核聚变
1．核聚变 (1)定义： 两个轻核结合成质量 较大 的核，这样的核反应叫做聚变。 聚变后比结合能 增加 ，因此反应中会 释放 能量。
(2)发生条件： 轻核聚变必须在温度达到 几百万开尔文 时，才可以发生， 因此又叫 热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量， 靠 自身产生 的热就会使反应继续下去。
(＋01e)，即中微子＋11H→10n＋＋01e。可以判定，中微子的质量数和 电荷数分别是________。(填写选项前的字母)
A．0 和 0
B．0 和 1 C．1 和 0
D．1 和 1
(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＋01e＋－01e→2γ。 已知正电子和电子的质量都为 9.1×10－31 kg，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________________。
(3)夸克模型：
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。
1．物质的结构
[释疑难·对点练]
(1)粒子世界：
①电子、质子和中子：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，后来发现了电子、质子和中子；
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)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_磁__约__束___和_惯__性__约__束___， _环__流___器__是目前性能最好的一种磁约束装置。
核聚变 粒子和宇宙
核聚变
1．核聚变 (1)定义： 两个轻核结合成质量 较大 的核，这样的核反应叫做聚变。 聚变后比结合能 增加 ，因此反应中会 释放 能量。
(2)发生条件： 轻核聚变必须在温度达到 几百万开尔文 时，才可以发生， 因此又叫 热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量， 靠 自身产生 的热就会使反应继续下去。
(＋01e)，即中微子＋11H→10n＋＋01e。可以判定，中微子的质量数和 电荷数分别是________。(填写选项前的字母)
A．0 和 0
B．0 和 1 C．1 和 0
D．1 和 1
(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＋01e＋－01e→2γ。 已知正电子和电子的质量都为 9.1×10－31 kg，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________________。
(3)夸克模型：
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。
1．物质的结构
[释疑难·对点练]
(1)粒子世界：
①电子、质子和中子：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，后来发现了电子、质子和中子；
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)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_磁__约__束___和_惯__性__约__束___， _环__流___器__是目前性能最好的一种磁约束装置。
高中物理课件-19.7核聚变+19.8粒子和宇宙
（ 夸 克 ）
盖 尔 曼
汤姆逊 （电子）
（查 中德 子威 ）克
卢瑟福 （质子）
1“基本”粒子 “不” 基本
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？
费米国家加速器实验 室位于芝加哥以西的 巴达维亚，创建于 1967年，于1974年5月 建成。它以著名的美 国物理学家费米命名， 拥有目前世界最大的 质子加速器，是世界 上从事高能物理研究 的第一流实验室。
2．发现新粒子
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。
（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，后来又发现了超子
238 92
U
放在匀强磁场中，衰变后 Th 核的速度方向与
磁场方向垂直，生成的 粒子动能为 E 。求：
(1)写出衰变方程； (2)衰变后 Th 核的轨道半径
与 粒子的轨道半径之比；(3)衰变过程中放出
的能量 E
6
例
5．静止在匀强磁场中的
6 3
L
核，俘获一个速度
v0 7.7 104 m／s 的中子( 01n )而发生核反应，产生
是 α 衰变 是 β 衰变
是轻核聚变 是重核裂变
【答案A、C】
4
例 3 我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马 克”(英文名称：EAST，俗称“人造太阳”)．设可控热核
实验反应前氘核(12H)的质量为 m1，氚核(31H)的质量为 m2， 反应后氦核(42He)的质量为 m3，中子(10n)的质量为 m4.已知 光速为 c.则下列说法中正确的是_______．
核裂变 核聚变 粒子和宇宙 课件
主要核反应类型有： (1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出 α 粒子或 β 粒子． (2)人工转变：人工转变常用 α 粒子(也可用中子等)轰击原子核， 该核捕获 α 粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子． (3)核裂变：核裂变时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． (4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．
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29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋ 310n .
3．链式反应 当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引 起 其他铀核 裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂
两个轻核结合成 质量较大的原子 核，放出核能
聚变反应比裂变反应平均每 放能多少 个核子放出的能量大约要大
3～4 倍 核废料 聚变反应的核废料处理要比 处理难度 裂变反应容易得多
【例 4】 (多选)下列说法正确的是
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
2．举例 21H＋31H→ 24He ＋01n＋17.6 MeV
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 ．
4．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．
5．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 ．
核聚变 课件
核聚变 粒子和宇宙
核聚变
1.基本知识
(1)定义 两个轻核结合成 质量较大 的原子核的反应．
(2)条件 ①轻核的距离要达到 10－15m
以内．
②聚变可以通过高温来实现，因此又叫 热核反应 ．
(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 巨大的 热核反应堆 ． ③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变， 21H＋13H→42He＋01n＋r 该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核 子放出的能量大 3～4 倍．
(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－13或＋23.例如上夸克带的电荷量为＋23e，下夸克带的电荷 量为－13e.
粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所 以每种夸克都有对应的反夸克．
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 夸克带 电荷量为－13e，e 为元电荷，下列论断中可能正确的是( )
2．思考判断 (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裂 变反应．(×)
3．探究交流 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.
(1)写出核反应方程； (2)核反应所释放的能量 ΔE； (3)1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
【审题指导】 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核 反应方程．
(2)由爱因斯坦质能方程求解释放的能量． (3)由功率的定义求 1 s 内参与反应的质子数．
核聚变
1.基本知识
(1)定义 两个轻核结合成 质量较大 的原子核的反应．
(2)条件 ①轻核的距离要达到 10－15m
以内．
②聚变可以通过高温来实现，因此又叫 热核反应 ．
(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 巨大的 热核反应堆 ． ③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变， 21H＋13H→42He＋01n＋r 该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核 子放出的能量大 3～4 倍．
(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－13或＋23.例如上夸克带的电荷量为＋23e，下夸克带的电荷 量为－13e.
粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所 以每种夸克都有对应的反夸克．
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 夸克带 电荷量为－13e，e 为元电荷，下列论断中可能正确的是( )
2．思考判断 (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裂 变反应．(×)
3．探究交流 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.
(1)写出核反应方程； (2)核反应所释放的能量 ΔE； (3)1 s 内参与上述热核反应的质子数目．
【审题指导】 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核 反应方程．
(2)由爱因斯坦质能方程求解释放的能量． (3)由功率的定义求 1 s 内参与反应的质子数．
物理选修3-519.7、8《核聚变、粒子和宇宙》ppt课件
二、粒子和宇宙 1．“基本粒子”不基本 (1)19 世纪末，人们认为 原子 是组成物质的 不可再分 的最 小微粒。 (2)后来认为光子、电子、质子和 中子是组成物质的不可再分 的 最基本的 粒子，并称为“基本粒子”。 随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以、中子等本身也有 自己的复杂 的结构。所以，从 20 世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为 粒子 。
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。
5．重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变
轻核聚变
重核分裂成两个或多个 两个轻核结合成质量较
放能原理 中等质量的原子核 ，放 大的原子核，放出核能
1．自主思考——判一判
(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。(√ )
(4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子。
(×)
(5)质子和反质子的电量相同，电性相反。
(√ )
(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)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
第 7、8 节
核聚变 粒子和宇宙
1．两个轻核结合成质量较大的核，这 样的核反应叫聚变。
核聚变 粒子和宇宙--优质局获奖精品课件 (34)
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
4、K-介子衰变方程为：K-→π-+πo其中K-介子
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类 稳定原子核（化学元素）形成。 大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止， 尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用 使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物 质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较 高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
1、恒星的诞生 宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合 成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无 聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子 形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、 中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热 平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下 降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比 从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃 逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束 缚中子和质子。
下夸克 奇夸克 粲夸克
超子
底夸克
顶夸克
2、宇宙演化过程的方框图：
大爆炸→夸克、轻子、胶子等→强子时代 →轻子时代→核合成时代→电子与质子符合成 氢原子→形成恒星和星系。
3、恒星演化过程的方框图：
宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合 成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无 聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞。
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
4、K-介子衰变方程为：K-→π-+πo其中K-介子
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类 稳定原子核（化学元素）形成。 大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止， 尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用 使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物 质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较 高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
1、恒星的诞生 宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合 成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无 聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子 形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、 中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热 平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下 降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比 从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃 逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束 缚中子和质子。
下夸克 奇夸克 粲夸克
超子
底夸克
顶夸克
2、宇宙演化过程的方框图：
大爆炸→夸克、轻子、胶子等→强子时代 →轻子时代→核合成时代→电子与质子符合成 氢原子→形成恒星和星系。
3、恒星演化过程的方框图：
宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合 成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无 聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞。
高三物理核聚变粒子和宇宙(课件)
E1.75M 9 eV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K 聚变反应又叫热核反应
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚、重 氢化钾等
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1H3 1H 4 2He0 1n
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
m m D m T (m m n )0.0188u8
E m 2 c 0 .01 9 8.3 5 8 M 1 4 eV
A．
B．
C．
D．
核聚变普遍存在于宇宙中
第十九章 原子核 第八节 粒子和宇宙
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室 证实了顶夸克(Top Quark)的存在
二、发现新的粒子
强子 轻子（共12种） 媒介子
强子分类
分类
粒子名称
介子
、 、 K介子等
自旋 整数
玻色 子
重子
核子 超子
质子、中子及其反粒子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
宙 时 各大 间 处爆 的 同炸 零 时是 点 产在
生无 限 的 宇
五、恒星的演化
粒 子 物 理 和 宇 宙 学 殊 途 同 归
17．(2004天津) 中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个 电荷量为的 -1e/3 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，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表 示出各夸克所受静电作用力的是:
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度；
108～109K 聚变反应又叫热核反应
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚、重 氢化钾等
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1H3 1H 4 2He0 1n
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
m m D m T (m m n )0.0188u8
E m 2 c 0 .01 9 8.3 5 8 M 1 4 eV
A．
B．
C．
D．
核聚变普遍存在于宇宙中
第十九章 原子核 第八节 粒子和宇宙
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室 证实了顶夸克(Top Quark)的存在
二、发现新的粒子
强子 轻子（共12种） 媒介子
强子分类
分类
粒子名称
介子
、 、 K介子等
自旋 整数
玻色 子
重子
核子 超子
质子、中子及其反粒子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
宙 时 各大 间 处爆 的 同炸 零 时是 点 产在
生无 限 的 宇
五、恒星的演化
粒 子 物 理 和 宇 宙 学 殊 途 同 归
17．(2004天津) 中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个 电荷量为的 -1e/3 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，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表 示出各夸克所受静电作用力的是:
核聚变 粒子和宇宙 课件
Pt NE，有N
4P
4
4mp m 2me c2
答案：(1)411H 42He+201e (2)(4mp-mα-2me)c2
(3)
4P 4mp m 2me c2
【规律方法】 轻核聚变释放核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损
(Δm)的千克数乘以真空中的光速(c=3×108 m/s)的平方，
克组成
【解题指导】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电 荷量，据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行 判断.
【标准解答】选B.根据质子和中子所带电荷量，经验证：质
子11H带电荷量为 2 2 e ( 1 e) e
33
中子10n带电荷量为 2 e 2 ( 1故e) B 正0. 确.
3
3
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.
4.应用 (1)核武器——氢弹. (2)可控热核反应：目前处于探索阶段.
常见的聚变反应：21H+21H 31H+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.
(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 1或 2 . 例如上夸克带的电荷量为+2e/3，下夸克带的电
33
荷量为-e/3.
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√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
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.
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)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.
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.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
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.
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
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
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.
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
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，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.
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.
√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＋
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
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
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.
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)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.
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.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
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.
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
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
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.
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
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，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.
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.
√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＋
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