1、第1页197 核 聚 变 198 粒子和宇宙 第2页学 习 目 标 第3页学习重点考查热度了解聚变反应的特点及其条件了解可控热核反应及其研究和发展了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一第4页基 础 梳 理 第5页一、核聚变1聚变：两个轻核结合成质量较大的原子核的反应2聚变方程：12H13H24He01n17.6 MeV3聚变条件：轻核的距离要达到 1015 m 以内，通过高温(几百万 K)来实现，因此聚变又叫热核反应4聚变实例：氢弹、太阳第6页二、受控热核反应1聚变与裂变相比的优点(1)聚变产能效率高；(2)聚变燃料储量丰富；(3)聚变更安全清洁2
2、约束核聚变的方法：磁约束和惯性约束第7页三、粒子和宇宙1传统的“基本粒子”：光子、电子、质子和中子2发现新粒子：正电子、子、K 介子、介子、超子等几百种3粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，分为三类：强子、轻子和媒介子(1)强子：参与强相互作用，如：质子、中子等(2)轻子：不参与强相互作用，如：电子、中微子等(3)媒介子：传递各种相互作用，如：光子、中间玻色子、胶子等第8页4夸克模型：强子是由夸克构成的夸克带的电荷不再是电子电量的整数倍5宇宙和恒星的演化(1)宇宙的演化从宇宙大爆炸开始(2)恒星的演化经历了宇宙尘埃，星云团，恒星诞生，恒星的热核反应停止后，演变为白矮星、中子星或黑洞第9页
3、四、考点鸟瞰考点鸟瞰考点热度考点一：对核聚变的理解考点二：核反应类型的判断考点三：计算核聚变释放的核能考点四：涉及基本粒子的信息题第10页规 律 方 法 第11页考点一 对核聚变的理解掌握两个要点：1核聚变释放能量的原因：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，质量亏损 2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 1015 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求轻核具有足够大的动能，通过几百万 K 的高温来实现第12页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
4、能量一定大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，故反应后质量增加第13页【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 项错误，B 项正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故 C、D 两项错误【答案】B第14页(多选题)下列关于聚变的说法中，正确的是()A要使聚变产生，必须克服核力做功B轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应C原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，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激烈地进行着热核反应第15页【解析】轻核聚变时，要使轻核之间距
5、离达到 1015 m，所以必须克服库仑斥力做功，达到核力作用的范围，A 项错误；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开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故 B、C 两项正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，D 项正确【答案】BCD第16页概念比较聚变与裂变相比优点(1)如图所示，核子平均质量随原子序数变大而先减小后增大，铁原子核核子平均质量最小，相比较而言轻核比重核核子平均质量大，因此轻核聚变比重核裂变产能效率高第17页(2)地球上聚变燃料的储量丰富常见的聚变反应：12H12H13He11H、12H13
6、H24He01n.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 第18页(3)轻核聚变反应更为安全、清洁实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了另外，氘和氚聚变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，比裂变反应生成的废物数量少，容易处理第19页考点二 核反应类型的判断根据四种核反应类型的特点判断：1衰变：原子核自发转变为另
7、一种核并辐射出 或 粒子 2人工转变：用 粒子或中子等轰击原子核，产生新原子核 3核裂变：用中子轰击重核裂变为几个中等质量的核，并放出几个中子 4核聚变：几个轻核结合成较大的核第20页(多选题)(2012广东)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A13H12H24He01n 是核聚变反应B13H12H24He01n 是 衰变C.92235U01n 56144Ba3689Kr301n 是核裂变反应D.92235U01n 54140Xe3894Sr201n 是 衰变第21页【解析】两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故 A 项正
8、确，B 项错误；重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故 C 项正确；D 项也是核裂变反应，故 D 项错误【答案】AC第22页(多选题)下列说法正确的是()A.715N11H 612C24He 是 衰变方程B11H12H23He 是核聚变反应方程C.92238U 90234Th24He 是核裂变反应方程D24He1327Al1530P01n 是原子核的人工转变方程第23页【解析】根据天然放射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变的特点，分析判断，A、D 两项为原子核的人工转变，B 项为轻核聚变，C 项为原子核的衰变，故 B、D 两项正确【答案】BD第
9、24页考点三 计算核聚变释放的核能计算核聚变释放核能的方法与其他核反应一样，应注意的问题是：1用Emc2 计算，m 的单位为 kg，E 的单位是J.2用Em931.5 计算，m 的单位是 u，E 的单位是 MeV.3E 是一次核反应释放的核能，通过阿伏伽德罗常数计算一定量的物质释放的核能第25页氢弹壳内装的是氘核和氚核，它们在高温下聚变生成氦核，求在氢弹中合成 1 kg 的氦时所释放出的能量氘核的质量为 2.014 1 u，氚核的质量为 3.016 0 u，氦核的质量为 4.002 6 u，中子的质量为 1.008 7 u.第26页【解析】核聚变方程为 12H13H24He01n 一个氘核 1
10、2H 与一个氚核 13H 发生反应放出的能量：Emc2(2.014 13.016 04.002 61.008 7)931.56 MeV17.51 MeV 1 kg 氦中所含的原子数目 NnNA1 00046.021023 个1.5051026个 这样合成 1 kg 氦时所放出的总能量 ENE1.505102617.51 MeV2.641027 MeV【答案】2.641027 MeV第27页我国自行设计并研制的“人造太阳”托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列该反应所进行的聚变过程是 12H13H24He01n，反应原料氘(12H)富存于海水中，而氚(
11、13H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(36Li)的人工核转变得到第28页(1)请把下列用中子轰击锂核(36Li)产生一个氚核(13H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：_01n_13H.(2)在(1)中，每产生 1 g 氚的同时有多少个 36Li 核实现了核转变？(阿伏伽德罗常数 NA取 6.01023 mol1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为 5.61013 J，求该核聚变过程中的质量亏损第29页【解析】(1)核反应方程为：36Li01n24He13H.(2)因为 1 g 氚为13 mol，根据核反应方程，实现核转变的 36Li也为1
12、3 mol，所以有 2.01023 个 36Li 实现了核转变(3)根据爱因斯坦质能方程Emc2，核聚变反应中有 5个核子参加了反应，5 个核子释放总能量E55.61013 J2.81012 J，第30页所以质量亏损为mEc2 2.81012（3108）2 kg3.11029kg.【答案】(1)36Li 24He(2)2.01023 个(3)3.11029 kg第31页考点四 涉及基本粒子的信息题(多选题)已知介子、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，它们的带电量如下表所示，表中 e 为元电荷粒子udud带电量ee2e3e32e3e3下列说法
13、正确的是()A由 u 和 d 组成 B由 d 和 u 组成C由 u 和 d 组成D由 d 和 u 组成第32页【解析】因介子带有e 的电量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则只有 u 带23e 和一个反夸克 d 带13e 合成后电量为 e，那么介子就是由夸克 u 和反夸克 d 组成的；同理，介子由夸克 d 和反夸克 u 组成，所以 A、D 两项正确【答案】AD第33页(多选题)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它于 2011 年 5 月 16 日由奋进 2 号航天飞机携带升空，安装在国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性
14、相反例如反质子即为11H，假若使一束质子、反质子、粒子和反 粒子组成的射线，通过速度选择器沿 OO进入匀强磁场 B2形成 4 条径迹，则()A1、2 是反粒子径迹B3、4 为反粒子径迹C2 为反 粒子径迹D4 为反 粒子径迹第34页【解析】由题图可知，粒子先通过速度选择器沿 OO做匀速直线运动(重力忽略不计)四种粒子速度均大小相等，方向相同它们进入同一匀强磁场后受到洛伦兹力作用而做匀速圆周运动又因电性不同而受力方向相反，根据左手定则可判断反粒子刚进入磁场时受洛伦兹力方向向左，则 1、2 是反粒子的径迹，再根据 rmvBq可知反 粒子 m/q 值较大，故 2 为反 粒子的径迹，4 为 粒子的径迹
15、【答案】AC第35页聚 焦 高 考 第36页高考考纲高考热度聚变反应及聚变释放的核能第37页聚变反应及聚变反应释放的核能是高考的重点，四类核反应的区别也是高考的热点第38页1(多选题)(2015广东)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：X Y24He 13H 4.9MeV 和12H 13H 24He X17.6MeV，下列表述正确的有()AX 是中子BY 的质子数是 3，中子数是 6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应第39页解析 根据核反应方程：12H13H24HeX17.6 MeV，核反应前后质量数守恒、电荷数守恒，X 的质量数：m123
16、41，核电荷数：z11120，所以 X 是中子，故 A 项正确；根据核反应方程：XY 24He13H4.9 MeV，X 是中子，核反应前后质量数守恒、电荷数守恒，所以 Y 的质量数：m24316，核电荷数：z22103，所以 Y 的质子数是 3，中子数是 3，故 B 项错误；根据两个核反应方程可知，都有大量第40页的能量释放出来，据爱因斯坦质能方程，则一定都有质量亏损，故 C 项错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应，故 D 项正确故选 A、D 两项 答案 AD第41页2(2017天津)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证
17、，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是()A12H13H24He01nB714N24He817O11HC24He1327Al1530P01nD.92235U01n 56144Ba3689Kr301n第42页解析 核聚变是指由质量小的原子核，主要是指氘核或氚核，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，由此可知：核反应方程 12H13H24He01n 是原子核的聚变反应；B 项与 C 项属于原子核的人工核转变；D 项属于裂变反应；故只有 A 项正确；B、C、D 三项错误 答案 A第43
18、页3(2016江苏)贝克勒尔在 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()A.614C 714N1 0eB.92235U01n 35139I3995Y201nC12H13H24He01nD24He1327Al1530P01n第44页解析 A 项的反应释放出电子，属于 衰变，故 A 项正确；B 项属于重核裂变，故 B 项错误；B 项属于轻核聚变，故 C 项错误；D 项是原子核的人工转变，不是放射性衰变，故 D 项错误，故选 A 项 答案 A第45页4(2016课标全国)在下列描述的核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.614C 714N1 0eB1532P1632S1 0eC.92238U 90234Th24HeD.714N24He 817O11HE.92235U01n 54140Xe3894Sr201nF13H12H24He01n第46页【解析】衰变的反应物只有一个，生成物有 24He 或1 0e；重核聚变的反应物一般是重核和中子，生成较轻的核；氢核聚变是轻核合成为较重的核【答案】C AB E F请做：课时作业（十五）