第7、8节 核聚变、粒子和宇宙

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一、核聚变
阅读教材第 88～89 页内容了解核聚变特点及条件。 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
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3.条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 10-15m以内，核力才能起作用。 由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的 库仑斥力 ，
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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 及以后的质量比质子的质量大的 超子 。
(2)粒子的分类：按照 粒子与各种相互作用 的不同关系，可将粒子分为三大类： 强子 、 轻子 和 媒介子 。
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思考判断 (1)质子、中子不能再分。( ) (2)夸克的带电量是电子电荷的整数倍。( ) (3)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能的阶段。 () 答案 (1)× (2)× (3)√
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核聚变的特点及应用
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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。
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3.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中等 两个轻核结合成质量较大的原子 放能原理
(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 子是由更基本的成分组成，这种成分叫作 夸克 。夸克模型指出电子电荷不再是电 荷的最小单位，即存在 分数电荷 。
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3.宇宙和恒星的演化
(1)宇宙的演化 宇宙大爆炸约1―0－―44 →s后温度为 1032 K，产生了夸克、轻子、胶子 等粒子约―10―－6→s后 温度下降到 1013 K 左右， 强子 时代→温度下降到 1011K 时， 轻子 时代→温度
[要点归纳] 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。
质量的原子核，放出核能 核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核பைடு நூலகம்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
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原料的 蕴藏量
可控性
主要原料是氘，氘在地球上的储量非 核裂变燃料铀在地球上储量有
(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 从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。
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思考判断 (1)轻核聚变比裂变更安全、清洁。( ) (2)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。( ) (3)现在已经实现了技术突破，能够稳定地输出聚变能。( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)×
这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度 高达 几百万 开尔文，因此聚变又叫 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 ，需要用 原子弹 爆 炸产生的高温高压引发核爆炸。 5.太阳能：太阳的主要成分是 氢 ，太阳中心温度可达1.5×107 K，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。
1.聚变的优点：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：轻核聚变更为安全、清洁，控制温度，可控制反应，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。
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3.控制方法 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 环流器。
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， 中性的氢原子
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。
第7节 核聚变
第8节 粒子和宇宙
学习目标 1.了解聚变反应的特点及其条件。
核心提炼
2.了解可控热核反应及其研究和发展，会判断和填写核聚变方程，并
能计算核聚变释放的能量。
1个概念——核聚变
1个条件——聚变反应
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 条件
提供广阔的能源前景。
4.知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型。 5.了解宇宙及恒星的演化。
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思考判断 (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)热核反应主要用在核武器上，那就是原子弹。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)×
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二、受控热核反应 阅读教材第89～90页内容，关注受控聚变反应的研究进展。
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三、粒子和宇宙
阅读教材第91～93页内容，知道粒子的分类及其作用。 1.基本粒子不基本
(1)19世纪末，人们都认为 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。 (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成 的，又发现 质子、中子 等本身也有自己的复杂结构。