1、第十九章 原子核第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.会判断和书写核裂变、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第十九章 原子核一、核裂变1核裂变：重核被_轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出_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23592U10n14456Ba8936Kr_中子核能310n3链式反应：当一个_引起一个重核_后，裂变释放的_再引起其他重核_，且能不
2、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：发生裂变物质的体积大于_或裂变物质的质量大于_中子裂变中子裂变临界体积临界质量1(1)铀核的裂变是一种天然放射现象()(2)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()(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变()提示：(1)(2)(3)二、核电站1核电站：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：_(2)慢化剂：铀 235 容易捕获慢中子发生反应，采用_、重水或普通水作慢化剂(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉_的特性，就可以容易地控制链式
3、反应的速度反应堆铀棒石墨吸收中子2工作原理：核燃料_释放能量，使反应区温度升高3能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外_，用于发电4 核 污 染 的 处 理：在反 应 堆 的 外 面 需 要 修 建 很 厚 的_，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的_，需要装入特制的容器，深埋地下裂变循环流动水泥层放射性2(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核()(2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度()(3)核反应堆用过的核废料无毒无害()提示：(1)(2)(3)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 _ 的 核，并 释 放 出_的反应
4、(2)举例：21H31H_10n17.6 MeV(3)条件轻核的距离要达到_以内需要加热到很高的_，因此又叫_质量较大能量42He1015m温度热核反应(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是_，需要用_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_，太阳中心温度可达 1.5107 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_释放的核能氢弹原子弹氢聚变2受控热核反应(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
5、有任何容器能够经受热核反应的高温(3)控制方法磁约束：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_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_从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应环流器激光3(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()提示：(1)(2)(3)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、_和_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_组成的，
6、并发现_、_等本身也有复杂结构 质子中子基本粒子质子中子2发现新粒子(1)新粒子：1932 年发现了 _，1937 年发现了_，1947 年发现了 K 介子和 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：_、_和_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，带电量为_e 或_e.正电子强子轻子媒介子夸克2313 子4宇宙的演化宇宙大爆炸 约1044s后温度为_，产生了夸克、轻子、胶子等粒子 约106s后温度下降到_左右，强子时代温度下降到 1011K 时，轻子时代温度下降到_时，核合成时代 一万年后温度下
7、降到_，混合电离态温度下降到_时，中性的轻原子 继续冷却恒星和星系5恒星的演化：宇宙尘埃_恒星诞生氢核聚合成_氦核聚合成碳核其他聚变过程无聚变反应，形成白矮星或_或黑洞1032K1013K109K104K3000K星云团氦核中子星4(1)科学研究表明，质子、中子等本身也具有复杂结构()(2)夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单元()(3)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)知识点一 核裂变与核能的计算1常见的裂变方程(1)23592U10n13954Xe9538Sr210n(2)23592U10n14456Ba8936Kr310n2链
8、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，保证中子能够碰到铀核(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 标准煤完全燃烧释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温 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，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
9、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 根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吸收的能量链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积如果体积小，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减少的，如23592U 裂变为9038Sr 和13654Xe 的核反应，其核反应方程为23592U10n9038Sr13654Xe1010n，其中各粒子质量分别为 mU235.043 9 u，mn1.008 6
10、7 u，mSr89.907 7 u，mXe135.907 2 u，质量亏损为 m(mUmn)(mSrmXe10mn)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，核子数是不会减少的，因此选项 A、B、C 均错答案 D 裂变中核能的计算 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：mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg；mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能解析
11、 根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 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10n23592U14156Ba9236Kr310n，则核反应前后的质量亏损为 mmUmnmBamKr3mn3.5781028kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 Emc23.5781028(3108)2 J3.220 21011 J.答案 见解析知识点二 核聚变及核能的计算1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，要求使轻核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，
12、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21H31H42He10n17.6 MeV.4重核裂变与轻核聚变的区别 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 34 倍 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，必须使核之间的距离接近到 11015 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
13、应，必须克服核力做功D热核反应只有在人工控制下才能发生解析 由质能方程可知，选项 A 正确；轻核结合成质量较大的核，必须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；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，选项D 错误 答案 AB 聚变中核能的计算 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH1.007 3 u，中子质量 mn1.008 7 u，氚核质量 m3.018 u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能有多大？(3)平均每个核子释放的能量有多大？解析(1)聚变方程为11H210n31H.(2)质量亏损 mmH2mnm(1
14、.007 321.008 73.018)u 0.006 7 u.释放的核能 E mc2 0.006 7931.5 MeV 6.24 MeV.(3)平均每个核子释放的能量为 6.243MeV2.08 MeV.答案(1)11H210n31H(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV(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 E mc2 进行计算 知识点三 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，人们发现了更多的粒子，一方面“基本粒子”不基本，另一方面发现了反粒子粒子的质量
15、、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，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2e3，下夸克带的电荷量为e3.(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 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；它们的带电荷量如下表所示(表中 e 为元电荷)：udud 带电荷
16、量ee23e13e23e13e下列说法正确的是()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组成解析 根据核反应中电荷数、质量数守恒可求得，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；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可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；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为23e 和e3，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.本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放